DE3834959A1 - Zuendungserreger mit konstanter zuendfunkenrate - Google Patents

Zuendungserreger mit konstanter zuendfunkenrate

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DE3834959A1
DE3834959A1 DE3834959A DE3834959A DE3834959A1 DE 3834959 A1 DE3834959 A1 DE 3834959A1 DE 3834959 A DE3834959 A DE 3834959A DE 3834959 A DE3834959 A DE 3834959A DE 3834959 A1 DE3834959 A1 DE 3834959A1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q3/00Igniters using electrically-produced sparks
    • F23Q3/004Using semiconductor elements

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündungssystem mit konstanter Zündfunkenrate, das für die Erzeugung eines jeden Zünd­ funkens unabhängig von den Schwankungen der Energiequelle einen vorbestimmten Energiebetrag speichert.
Zündungserreger für momentan in Gebrauch befindliche Gas­ turbinen sind vorwiegend einfache, kapazitiv entladende Einheiten. Sie bestehen aus einem freibeweglichen sätti­ gungsfähigen Inverter, einem Speicherkondensator, einem Zündelement (üblicherweise eine mit Gas gefüllte Diode) und einem Hochspannungstransformator, dessen Sekundär­ wicklung die Energie an die Zündkerze liefert. Für Schwan­ kungen der Spannung der Energiequelle, die den mit Gas­ turbinentriebwerken verbundenen Batteriesystemen eigen ist, ist kein Ausgleich vorgesehen.
Es sind auch Zündfunkenerreger auf der Grundlage einer induktiven Entladung bekannt. In einem induktiv entladenden System wird in der Primärwicklung eines Transformators ein Strom aufgebaut, der durch die Öffnung des Stromkreises mittels eines Schalters unterbrochen wird, um jeweils einen Zündfunken zu erzeugen.
Es sind Zündungssysteme bekannt, die Schwankungen der Spannung der Energiequelle kompensieren, so daß die pro Zündfunken gespeicherte Energie ungeachtet der Änderung der Versorgungsspannung konstant bleibt. Solche Systeme sind bekannt aus US 36 66 989, US 37 14 507, US 37 31 143, US 38 35 370 und US 40 83 347.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kapazitiv entladendes Zündungssystem und ein induktiv entladendes Zündungssystem zu schaffen, die eine konstante Zündfunken­ rate und eine konstante Energie pro Zündfunken aufweisen und die bei Potentialschwankungen der Energiequelle über einen weiten Bereich zufriedenstellend arbeiten. Das System ist besonders geeignet für Gasturbinentriebwerke, die Zünd­ kerzen besitzen, die mit konstanter Frequenz gezündet werden und für die Zündfunken mit jeweils konstanter Energie wün­ schenswert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß vor­ zugsweise durch zwei Ausführungsformen gelöst. Die erste Ausführungsform ist ein kapazitiv entladendes Zündungssy­ stem zur Erzeugung von Zündimpulsen mit konstanter Fre­ quenz und konstantem Energieniveau für eine Zündkerze, zum Gebrauch in Verbindung mit einer Energiequelle, deren Potential Schwankungen unterworfen ist; die zweite Ausfüh­ Erzeugung von Zündimpulsen mit konstanter Frequenz und konstantem Energieniveau für eine Zündkerze, zum Gebrauch in Verbindung mit einer Energiequelle, deren Potential Schwankungen unterworfen ist.
Ein kapazitiv entladendes Zündungssystem zur Erzeugung von Zündimpulsen mit konstanter Frequenz und konstantem Energieniveau für eine Zündkerze, zum Gebrauch in Verbin­ dung mit einer Energiequelle, deren Potential Schwankungen unterworfen ist, weist einen Kondensator zur Ladungsspei­ cherung; eine Impulsquelle zum Anschluß der Energiequelle variablen Potentials, wobei die Impulsquelle auf einen Triggerimpuls und einen Referenzimpuls anspricht, um an den Kondensator während des Ladeintervalles zwischen dem Triggerimpuls und dem Referenzimpuls Impulse mit einer festen Frequenz und einer variablen, zur Spannungsänderung der Energiequelle umgekehrt proportionalen Länge zu liefern, um für jeden der Zündimpulse die Ladung zu speichern; eine mit der Impulslieferungseinrichtung gekoppelte Zähleinrich­ tung zur Erzeugung eines Triggerimpulses, wenn eine vorbe­ stimmte Anzahl von Impulsen seit einem ersten Referenzzeit­ punkt aufgetreten ist, und eines Referenzimpulses, wenn nach Ablauf eines Intervalles nach dem ersten Referenzzeit­ punkt ein zweiter Referenzzeitpunkt erreicht ist, wobei die Zeit zwischen dem Referenzimpuls und dem Triggerimpuls das Ladeintervall definiert; einen ersten Transformator, dessen Primärwicklung mit dem Kondensator und dessen Sekun­ därwicklung mit einer Zündkerze verbunden ist; und einen Schalter mit einem in Reihe zwischen dem Kondensator und der Primärwicklung geschalteten Klemmenpaar und mit einer Steuerklemme, um die Stromleitung zwischen dem Klemmenpaar zu ermöglichen, wenn der Triggerimpuls geliefert wird, und um die Stromleitung zu unterbrechen, wenn kein Trigger­ impuls anliegt, auf. Vorzugsweise weist die Impulsquelle für die Lieferung von Impulsen einen Impulsbreitenmodulator auf. Ferner weist die Impulsquelle zur Lieferung von Im­ pulsen einen zweiten Transformator mit einer in Reihe mit einem Schalter geschalteten Primärwicklung auf, wobei eine Klemme der Primärwicklung mit der Energiequelle variablen Potentials und eine weitere Klemme der Primärwicklung mit einer Klemme des Klemmenpaares des Schalters verbunden ist, durch die ein Strom fließt, wenn an die Steuerklemme des Schalters ein Steuersignal geliefert wird, und wobei die andere Klemme des Klemmenpaares des Schalters an ein Referenzpotential der Energiequelle gekoppelt ist und das Steuersignal aus den Impulsen mit konstanter Frequenz und variabler Länge während des Ladeintervalles besteht. Die Quelle zur Lieferung von lmpulsen weist ferner ein Flip- Flop mit Setz- und Rücksetzeingängen und mit einem Ausgang, wobei der Rücksetzeingang von einer Zählstufe niedrigerer Ordnung der Zähleinrichtung und der Triggerimpuls von einer Zählstufe höherer Ordnung der Zähleinrichtung abgeleitet wird, auf. Es ist ferner ein Treiber vorgesehen mit einem Klemmenpaar, zwischen dem der Strom fließt, wenn an einen Steuereingang, der mit einem Ausgang des Flip-Flops gekop­ pelt ist, kein Steuersignal geliefert wird, wobei eine Klemme des Klemmenpaares des Treibers mit einem Ausgang des Impulsbreitenmodulators, an den die Impulse fester Frequenz und variabler Länge ausgegeben werden, gekoppelt ist und eine weitere Klemme des Treibers mit der Steuer­ klemme des Schalters gekoppelt ist. Das kapazitiv entladende Zündsystem weist ferner eine Diode mit einem Klemmenpaar auf, dessen eine Klemme zwischen einer Klemme der Sekundär­ wicklung des zweiten Transformators und einer Klemme des Kondensators gekoppelt ist. Der Schalter, der die Strom­ leitung zwischen dem Klemmenpaar ermöglicht, wenn der Triggerimpuls geliefert wird, ist vorzugsweise ein sili­ ziumgesteuerter Gleichrichter mit einer Steuerklemme, die so gekoppelt ist, daß sie den Triggerimpuls empfängt mit einer Anode, die mit einer Klemme des Kondensators gekop­ pelt ist, und mit einer Kathode, die mit einer Klemme der Primärwicklung des ersten Transformators gekoppelt ist. Das erfindungsgemäße, kapazitiv entladende Zündsystem weist ferner einen Triggerschaltkreis auf, der zwischen einem Triggerimpulsausgang des Zählers und der Steuerklemme des siliziumgesteuerten Gleichrichters gekoppelt ist, um den Triggerimpuls zu formen und anzupassen.
Das induktiv entladende Zündsystem zur Erzeugung von Zünd­ impulsen mit konstanter Frequenz und konstantem Energie­ niveau für eine Zündkerze, zum Gebrauch in Verbindung mit einer Energiequelle, deren Potential Schwankungen unter­ worfen ist, weist einen Taktgeber zur Erzeugung von Takt­ impulsen vorbestimmter Frequenz an einem Ausgang; eine mit dem Taktgeber gekoppelte Zähleinrichtung zur Erzeugung eines Triggerimpulses an einem Triggerimpulsausgang jedesmal dann, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Triggerimpulsen gezählt wird; einen Induktor mit einer Primärwicklung, die eine erste Klemme, die mit dem Veränderungen unter­ worfenen Potential der Energiequelle verbunden ist und eine zweite Klemme aufweist, und mit einer Sekundärwicklung, die mit der Zündkerze verbunden ist; einen Schalter mit einem Klemmenpaar, zwischen dem ein Strom fließt, wenn ein Steuersignal an eine Steuerklemme geliefert wird, wobei eine Klemme des Klemmenpaares mit der zweiten Klemme der Primärwicklung und die andere Klemme des Klemmenpaares mit einem Referenzpotential gekoppelt ist; und eine Steue­ rung, die auf das Potential der Energiequelle, auf ein Signal, das eine zum momentanen Zählstand des Zählers pro­ portionale Größe besitzt, und auf den Triggerimpuls an­ spricht, um zwischen dem Zeitpunkt, wenn ein Signal ein vorbestimmtes Niveau der Energiequelle übersteigt und dem Zeitpunkt, wenn ein Triggerimpuls auftritt, ein Steuer­ signal zu erzeugen. Die Steuerung weist einen Komparator mit einem ersten Eingang, der mit dem Veränderungen unter­ worfenen Potential gekoppelt ist, und einen zweiten Eingang, der mit dem Signal, das eine zum momentanen Zählstand pro­ portionale Größe aufweist, verbunden ist, um ein Ausgangs­ signal zu erzeugen, wenn die Größe des Signals das vorbe­ stimmte Niveau übersteigt; und ein Flip-Flop mit Setz- und Rücksetzeingängen und einem Ausgang, wobei der Setz­ eingang mit dem Ausgang des Komparators, der Rücksetzein­ gang mit dem Triggerimpuls und der Ausgang des Flip-Flops mit der Steuerklemme des Schalters verbunden ist, auf. Die Steuerung weist ferner einen Digital/Analog-Wandler auf, der mit dem momentanen Zählstand des Zählers und dem zweiten Eingang des Komparators verbunden ist, um den momen­ tanen Zählstand in einen Analogwert umzuwandeln. Schließ­ lich weist die Steuerung einen Treiber auf, deren Eingang mit dem Ausgang des Flip-Flops und deren Ausgang mit der Steuerklemme verbunden ist, um das Ausgangssignal des Flip- Flops zu formen und anzupassen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungs­ beispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 das erfindungsgemäße, kapazitiv entladende Zündsystem; und
Fig. 2 das erfindungsgemäße, induktiv entladende Zündsystem.
Die erfindungsgemäße erste Ausführungsform wird, wie in Fig. 1 gezeigt betrieben, um für jede Funkenentladung unab­ hängig von der Schwankung des Potentials der Energiequelle 14 in einem Kondensator 12 einen konstanten Energiebetrag zu speichern. Der Kondensator 12 wird durch die Leitung des Stromes aus der Energiequelle 14 über die Primärwick­ lung des Transformators 18 und über einen Schalter 20, der vorzugsweise ein Feldeffekttransistor ist, auf ein Referenzpotential aufgeladen. Die Spannung an der Primär­ wicklung 16 wird durch die Sekundärwicklung 22 des Trans­ formators 18 auf ungefähr 400 Volt aufgespannt. Die Diode 24 steuert die Polarität der Ladungsspeicherung des Konden­ sators 12. Die Primärwicklung eines zweiten Transformators 26 ist mit einer der Klemmen des Kondensators 12 und mit der Kathode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 30 ver­ bunden. Die Anode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 30 ist mit der anderen Klemme des Kondensators 12 verbun­ den. Das Triggern des SCR 30 in den leitenden Zustand be­ wirkt die Entladung der gespeicherten Ladung des Kondensa­ tors 12 über die Primärwicklung 28 des Transformators 26. Das Windungsverhältnis des Transformators 26 bestimmt den Aufspannbetrag der Spannung an der Sekundärwicklung 32 des Transformators 26. Die Sekundärwicklung 32 ist mit der Zündkerze einer herkömmlich aufgebauten Gasturbine verbunden.
Das Zeitintervall, während dem der Schalter 20 leitend ist, bestimmt die im Kondensator 12 gespeicherte Ladung. Ein Impulsbreitenmodulator 34 erzeugt eine Reihe von Aus­ gangsimpulsen mit einem Arbeitszyklus, der umgekehrt pro­ portional zur Größe der von der Energiequelle 14 geliefer­ ten Spannung ist. Die Ausgangsimpulse haben eine feste Frequenz. Ein Feldeffekttransistor-Treiber 36 verstärkt dann, wenn ein an ihn geliefertes Sperrsignal auf niedrigem Niveau ist, die Ausgangsimpulse des Impulsbreitenmodulators 34 auf ein Niveau, das ausreicht, um die Leitfähigkeit des Schalters 20 zu steuern, wenn an dessen Steuerklemme die verstärkten Ausgangsimpulse geliefert werden. Die vom Pulsbreitenmodulator 34 ausgegebenen Impulse werden außerdem an einen Zwölfstufenzähler geliefert, der jedesmal dann, wenn 4,096 Impulse des Impulsbreitenmodulators 34 gezählt worden sind, zum Zeitpunkt, wenn ein durchgehend Null-Über­ tragungsbit auftritt, einen Triggerimpuls ausgibt. Nachdem der Triggerimpuls ausgegeben worden ist, beginnt der Zähler, wieder bis 4,096 zu zählen, um einen weiteren Triggerimpuls zu erzeugen. Der Zähler kann ein Ringzähler sein. Wenn der Impulsbreitenmodulator 34 mit einer Frequenz von 100 kHz Impulse erzeugt, so werden pro Sekunde 25 Triggerimpulse erzeugt. Das Flip-Flop 38 steuert die Erzeugung des Sperr­ signals, welches den FET-Treiber 36 dazu veranlaßt, die Übertragung der Impulse des Impulsbreitenmodulators 34 an den Schalter 20 zu blockieren. Die Setz-Klemme des Flip- Flops 38 wird durch den von der zwölften Stufe des Zwölf­ stufenzählers 44 ausgegebenen Triggerimpuls gesteuert. Die Rücksetz-Klemme wird durch die Ausgabe der sechsten Stufe des Zwölfstufenzählers 44 gesteuert. Der vom Zwölf­ stufenzähler 44 ausgegebene Triggerimpuls wird von einer SCR-Triggerschaltung 40 so geformt und angepaßt, daß er ein für die Steuerung der Leitfähigkeit des SCR 30 ausrei­ chendes Niveau besitzt. Die Funktion der Stromversorgung 42 besteht darin, Ausgabepotentiale zu erzeugen, die als Funktion der erfaßten Potentiale der Stromversorgung 14 gegeben sind. Das Ausgangssignal des Pulsbreitenmodulators 34 wird an die Mikrostromversorgung 42 geliefert, die als Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler arbeitet und dadurch Aus­ gangspotentiale erzeugt, die als Funktionen der erfaßten Eingangspotentiale gegeben sind.
Die erste Ausführungsform der Erfindung arbeitet wie folgt: Das Ladeintervall des Kondensators 12 für jeden Impuls der Zündkerze ist definiert durch das Zeitintervall zwi­ schen der Ausgabe der sechsten Stufe des Zwölfstufenzählers 44 und dem Triggerimpuls, der von der letzten Stufe des Zählers ausgegeben wird. Dazu sei festgestellt, daß die Erfindung nicht auf die Ableitung des Rücksetz-Signals für das Flip-Flop 38 von irgendeiner besonderen Stufe des Zählers abhängt. Die Gesamtzeit zwischen dem zum Rücksetzen des Flip-Flops 38 benutzten Ausgabesignal und der Ausgabe der letzten Stufe des Zählers sollte hinreichend groß sein, um im Kondensator eine Ladung aufzubauen, die dem vorbe­ stimmten Energieniveau entspricht, bei dem das Zündsystem arbeiten soll, um Impulse zu erzeugen. Die Zeit, bei der die erste Stufe des Zählers 44 eine logische Eins zählt, bestimmt einen ersten Referenzzeitpunkt, der den Beginn des Zeitintervalles markiert, bei dem sich die Zündimpulse zyklisch wiederholen. Der Zeitpunkt, bei dem die sechste Stufe des Zählers 44 eine logische Eins zählt, bestimmt einen zweiten Referenzzeitpunkt, der den Beginn des Lade­ intervalles für den Kondensator 12 markiert. Die Trigger­ impulsausgabe der letzten Stufe bestimmt den Zeitpunkt, bei dem der Zündimpuls ausgelöst wird. Die Zeit zwischen der Ausgabe des Rücksetz-Impulses aus einer der Stufen des Zählers 44 (zweiter Referenzzeitpunkt) und der Ausgabe des Triggerimpulses, der an die Setz-Klemme des Flip-Flops 38 geliefert wird, bestimmt das Zeitintervall, während dem das Sperrsignal niedrig ist. Wenn das Sperrsignal nied­ rig ist, werden die Ausgangsimpulse des Impulsbreitenmodu­ lators 34 in verstärkter Form an die Steuerklemme des Schal­ ters 20 geliefert. Der zyklisch auftretende leitende Zustand des Schalters 20, dessen Dauer direkt proportional ist zur Dauer der vom Pulsbreitenmodulator 34 ausgegebenen Impulse, erzeugt eine zyklische Variation des in der Primär­ wicklung 16 des Transformators 18 fließenden Stromes, der durch die Sekundärwicklung 22 auf ein Niveau von ungefähr 400 Volt aufgespannt wird, welches wiederum im Kondensator 12 gespeichert wird. Jedesmal, wenn der Zähler 44 einen Triggerimpuls erzeugt, verstärkt der SCR-Trigger den Trig­ gerimpuls auf ein Niveau, das ausreicht, um den silizium­ gesteuerten Gleichrichter 30 umzudrehen. Die Leitfähig­ keit des siliziumgesteuerten Gleichrichters 30 bewirkt eine kapazitive Entladung, die einen Stromfluß durch die Primärwicklung 28 des Transformators 26 erzeugt, der durch die Sekundärwicklung 32 auf ein Niveau aufgespannt wird, das ausreicht, um einen Zündimpuls an der Zündkerze des Gasturbinentriebwerkes zu erzeugen. Die Wirkung des Im­ pulsbreitenmodulators 34 besteht darin, Schwankungen im erfaßten Potential der Stromversorgung 14 zu kompensieren, um eine vorbestimmte Ladung, die im Kondensator 12 gespei­ chert wird, hervorzubringen, unabhängig von der Schwankung der Stromversorgung.
Fig. 2 erläutert eine zweite Ausführungsform 50 der vorlie­ genden Erfindung, die ein induktiv entladendes Zündsystem darstellt. Die Primärwicklung 52 des Induktors 54 ist zwi­ schen einer Stromversorgung mit variablem Potential 56 und einem Schalter 58, der den Stromfluß zwischen der Ener­ giequelle und Masse ermöglicht, wenn der Schalter im lei­ tenden Zustand ist, eingekoppelt. Die Sekundärwicklung 60 des Induktors 54 spannt, wenn der Schalter 58 offen ist, das Potential über der Primärwicklung 52 auf ein Niveau auf, das ausreicht, um den Elektrodenabstand der Zündkerze des Gasturbinentriebwerkes zu überbrücken. Die zyklische Unterbrechung des Stromflusses in der Primärwicklung 52 des Induktors 54 durch den Schalter 58 stellt den her­ kömmlichen Betrieb eines induktiv entladenden Zündsystems dar. Zündimpulse mit konstanter Rate werden wie folgt er­ zeugt.
In dieser Ausführungsform wird das Zeitintervall, während dem durch die Primärwicklung 52 des Induktors 54 ein Strom fließt, so gesteuert, daß es umgekehrt proportional zu der festgestellten Spannung der Stromversorgung 56 ist. Wenn die festgestellte Spannung abnimmt, so wird das Zeit­ intervall, während dem der Strom in der Primärwicklung des Induktors 54 fließt, proportional erhöht. Die Mikro­ stromversorgung 62 arbeitet, indem sie Ausgangspotentiale und ein Taktsignal mit konstanter Frequenz, etwa 100 kHz, erzeugt. Das Taktsignal wird an einen Zähler 64 geliefert, der ein mit jenem in der ersten Ausführungsform beschrie­ benen identischer Zwölfstufenzähler sein kann. Der Zähler arbeitet, indem er die Anzahl der Taktimpulse, die von der Mikrostromversorgung 62 eingegeben werden, zählt. Wenn der Zähler zu dem Punkt hinaufzählt, bei dem die letzte Stufe hoch ist (4,096 Zyklen des Taktes), so wird ein Trig­ gerimpuls erzeugt. Nach der Erzeugung des Triggerimpulses beginnt der Zähler von neuem einen Zählzyklus und zählt die nächsten 4,096 Impulse. Der Zähler kann ein Ringzähler sein. Mit dem Zähler 64 ist ein Digital/Analog-Wandler 66 von herkömmlicher Bauart gekoppelt, um einen Sägezahn von der Größe, die direkt proportional ist zum momentanen Zählstand des Zählers, auszugeben. Ein Komparator 68 mit einem mit der Stromversorgung 56 mit variablem Potential gekoppelten Eingang und mit einem mit dem Digital/Analog- Wandler 66 gekoppelten Eingang erzeugt einen Ausgangsimpuls mit hohem Niveau, wenn das Niveau des Sägezahns die Schwel­ lenspannung übersteigt. Daher besteht die Funktion des Komparators darin, zu einer Zeit, die gemessen wird in bezug auf den Beginn des Zählzyklus des Zählers 64 und die direkt proportional ist zur festgestellten Spannung der Stromversorgung 56, einen Ausgangsimpuls mit hohem Niveau zu erzeugen. Je niedriger die Größe des festgestell­ ten Potentials der Stromversorgung 56 ist, desto früher wird vom Komparator 68 der Ausgangsimpuls mit hohem Niveau erzeugt. Das Flip-Flop 70 steuert die Erzeugung des Steuer­ signals für den Schalter 58, durch den der Strom aus der Stromversorgung 56 über die Primärwicklung 52 des Induk­ tors 54 zur Masse fließt. Wenn die Ausgabe des Komparators 68 hoch wird, so wird die Ausgabe des Flip-Flops 70 hoch. Die Ausgabe des Flip-Flops 70 wird niedrig, wenn vom Zäh­ ler 64 ein Triggerimpuls erzeugt wird. Der Ausgabeimpuls des Flip-Flops 70 wird durch eine FET-Treiberschaltung 72 auf ein Niveau verstärkt, das ausreicht, um die Steuer­ klemme des Schalters 58 zu steuern.
Die zweite Ausführungsform arbeitet wie folgt: Das zykli­ sche Intervall während dem Zündimpulse erzeugt werden, wird durch das Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Impul­ sen durch den Zähler 64 bestimmt. Das Zählen dieser vorbe­ stimmten Anzahl von Impulsen erzeugt den Triggerimpuls. Das Intervall, während dem ein Strom aus der Stromversor­ gung 56 über die Primärwicklung 52 des Induktors 54 durch den Schalter 58 zur Masse hin fließt, ist die verstrichene Zeit zwischen der Erzeugung des Ausgangsimpulses mit hohem Niveau des Komparators 68 und der Erzeugung des Triggerim­ pulses durch den Zähler 64. Das Zeitintervall zwischen dem Energieimpuls und dem Moment, wenn die Ausgabe des Komparators hoch wird, ist direkt proportional zur festge­ stellten Spannung der Energiequelle 56. Für niedrigere Potentiale der Stromversorgung 56 wird der Ausgabeimpuls des Komparators 68 nach dem Verstreichen eines Zeitinter­ valles das proportional näher am Triggerimpuls des Zählers 64 liegt als bei höheren Potentialen, hoch. Die Gesamt­ wirkung der erwähnten Abfolge besteht darin, einen vorbe­ stimmten Energiebetrag in der Primärwicklung des Induktors 54 zu speichern, unabhängig von Schwankungen in der Strom­ versorgung 56, während Zündimpulse mit konstanter Frequenz erzeugt werden.
Während die Erfindung in Form von bevorzugten Ausführungs­ beispielen beschrieben worden ist, sind zahlreiche Ände­ rungen und Abwandlungen denkbar, die alle innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen. Es ist beabsichtigt, alle diese Änderungen mit den Ansprüchen zu erfassen.

Claims (11)

1. Kapazitiv entladendes Zündungssystem (10) zur Erzeugung von Zündimpulsen mit konstanter Frequenz und konstantem Energieniveau für eine Zündkerze, zum Gebrauch in Verbin­ dung mit einer Energiequelle (14), deren Potential Schwankungen unterworfen ist, gekennzeichnet durch
  • - einen Kondensator (12) zur Ladungsspeicherung;
  • - eine Einrichtung zum Anschluß der Energiequelle (14) variablen Potentials, wobei diese Einrichtung auf einen Triggerimpuls und einen Referenzimpuls an­ spricht, um an den Kondensator (12) während des Lade­ intervalles zwischen dem Triggerimpuls und dem Refe­ renzimpuls Impulse einer festen Frequenz und einer variablen, zur Spannung der Energiequelle (14) umge­ kehrt proportionalen Länge zu liefern, um für jeden der Zündimpulse die Ladung zu speichern;
  • - eine mit der Impulslieferungseinrichtung gekoppelte Zähleinrichtung (44) zur Erzeugung eines Triggerim­ pulses, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen seit einem ersten Referenzzeitpunkt aufgetreten ist, und eines Referenzimpulses, wenn nach Ablauf eines Intervalles nach dem ersten Referenzzeitpunkt ein zweiter Referenzzeitpunkt erreicht ist, wobei die Zeit zwischen dem Referenzimpuls und dem Triggerim­ puls das Ladeintervall definiert;
  • - einen ersten Transformator (26), dessen Primärwicklung (28) mit dem Kondensator (12) und dessen Sekundärwick­ lung (32) mit einer Zündkerze verbunden ist; und
  • - eine Schalteinrichtung (30) mit einem in Reihe zwi­ schen dem Kondensator (12) und der Primärwicklung (28) geschalteten Klemmenpaar und mit einer Steuer­ klemme, um die Stromleitung zwischen dem Klemmenpaar zu ermöglichen, wenn der Triggerimpuls geliefert wird, und um die Stromleitung zu unterbrechen, wenn kein Triggerimpuls anliegt.
2. Kapazitiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lieferung von Impulsen einen Impulsbreitenmodulator (34) aufweist.
3. Kapazitiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lieferung von Impulsen einen zweiten Transformator (18) mit einer in Reihe mit einem Schalter (20) geschalteten Primärwicklung (16) aufweist, wobei eine Klemme der Primärwicklung (16) mit der Ener­ giequelle (14) variablen Potentials und eine weitere Klemme der Primärwicklung (16) mit einer Klemme des Klemmenpaares des Schalters (20) verbunden ist, durch die ein Strom fließt wenn an die Steuerklemme des Schalters (20) ein Steuersignal geliefert wird, und wobei die andere Klemme des Klemmenpaares des Schalters (20) an ein Referenzpotential der Energiequelle (14) gekoppelt ist und das Steuersignal aus den lmpulsen mit konstanter Frequenz und variabler Länge während des Ladeintervalles besteht.
4. Kapazitiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lieferung von Impulsen
  • - ein Flip-Flop (38) mit Setz- und Rücksetzeingängen (S, R) und mit einem Ausgang (Q), wobei der Rücksetz­ eingang (R) von einer Zählstufe niedrigerer Ordnung der Zähleinrichtung (44) und der Triggerimpuls am Setzeingang (S) von einer Zählstufe höherer Ordnung der Zähleinrichtung (44) abgeleitet wird; und
  • - einen Treiber (36) mit einem Klemmenpaar, zwischen dem der Strom fließt, wenn an einen Steuereingang, der mit einem Ausgang des Flip-Flops (Q) gekoppelt ist, kein Steuersignal geliefert wird, wobei eine Klemme des Klemmenpaares des Treibers (36) mit einem Ausgang des Impulsbreitenmodulators (34), an den die lmpulse fester Frequenz und variabler Länge ausge­ geben werden, gekoppelt ist und eine weitere Klemme des Treibers (36) mit der Steuerklemme des Schalters (20) gekoppelt ist, aufweist.
5. Kapazitiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Diode (24) mit einem Klemmenpaar, dessen eine Klemme zwischen einer Klemme der Sekundärwicklung (22) des zweiten Transformators (18) und einer Klemme des Kondensators (12) gekoppelt ist.
6. Kapazitiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen siliziumgesteuerten Gleichrichter (30) mit einer Steuerklemme, die so ge­ koppelt ist, daß sie den Triggerimpuls empfängt, mit einer Anode, die mit einer Klemme des Kondensators (12) gekoppelt ist, und mit einer Kathode, die mit einer Klemme der Primärwicklung (28) des ersten Transformators (26) gekoppelt ist, aufweist.
7. Kapazitiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Triggereinrichtung (40), die zwischen dem Trigger­ impulsausgang der Zähleinrichtung (44) und der Steuer­ klemme des siliziumgesteuerten Gleichrichters (40) zur Formung des Triggerimpulses gekoppelt ist.
8. Kapazitiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze in einem Gasturbinentriebwerk einge­ baut ist.
9. Induktiv entladendes Zündsystem (50) zur Erzeugung von Zündimpulsen mit konstanter Frequenz und konstantem Energieniveau für eine Zündkerze, zum Gebrauch in Ver­ bindung mit einer Energiequelle (56), deren Potential Schwankungen unterworfen ist, gekennzeichnet durch
  • - einen Taktgeber (62) zur Erzeugung von Taktimpulsen vorbestimmter Frequenz an einem Ausgang;
  • - eine mit dem Taktgeber (62) gekoppelte Zähleinrichtung (64) zur Erzeugung eines Triggerimpulses an einen Triggerimpulsausgang jedesmal dann, wenn eine vorbe­ stimmte Anzahl von Triggerimpulsen gezählt wird;
  • - einen Induktor (54) mit einer Primärwicklung (52), die eine erste Klemme, die mit dem Veränderungen unterworfenen Potential der Energiequelle (56) ver­ bunden ist, und eine zweite Klemme aufweist und mit einer Sekundärwicklung (60), die mit der Zündkerze verbunden ist;
  • - eine Schalteinrichtung (58) mit einem Klemmenpaar, zwischen dem der Strom fließt, wenn ein Steuersignal an die Steuerklemme geliefert wird, wobei eine Klemme des Klemmenpaares mit der zweiten Klemme der Primär­ wicklung (52) und die andere Klemme des Klemmenpaares mit einem Referenzpotential gekoppelt ist; und
  • - eine Steuereinrichtung, die auf das Potential der Stromversorgung (56), auf ein Signal mit einer zum momentanen Zählstand des Zählers (64) proportionalen Größe und auf einen Triggerimpuls anspricht, um zwi­ schen einem Zeitpunkt, wenn das Signal ein vorbestimm­ tes Spannungsniveau der Stromversorgung (56) über­ steigt, und dem Zeitpunkt des Auftretens des Trigger­ impulses ein Steuersignal zu erzeugen.
10. Induktiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung
  • - einen Komparator (68) mit einem ersten Eingang, der mit dem Potential der Stromversorgung (56) gekoppelt ist, und mit einem zweiten Eingang, der mit dem Signal gekoppelt ist, das eine zum momentanen Zählstand des Zählers (64) proportionale Größe hat, zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die Größe des Signals das vorbestimmte Spannungsniveau der Stromversorgung (56) übersteigt; und
  • - ein Flip-Flop (70) mit Setz- und Rücksetzeingängen (S, R) und mit einem Ausgang (Q), wobei der Setzein­ gang (S) mit dem Ausgang des Komparators (68) gekoppelt ist, der Rücksetzeingang (R) so geschaltet ist, daß er den Triggerimpuls empfängt und der Ausgang (Q) des Flip-Flops (70) mit der Steuerklemme der Schaltein­ richtung (58) gekoppelt ist, aufweist.
11. Induktiv entladendes Zündsystem gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal
  • - durch einen Digital/Analog-Wandler mit einem Eingang, der mit dem momentanen Zählstand der Zähleinrichtung (64) gekoppelt ist und mit einem Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des Komparators (68) gekoppelt ist, um den momentanen Zählstand in einen Analogwert umzuwandeln; und
  • - durch einen Treiber (72) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang (Q) des Flip-Flops (70) gekoppelt ist, und mit einem Ausgang, der mit der Steuerklemme der Schalt­ einrichtung (58) gekoppelt ist, um das Ausgangssignal des Flip-Flops (70) zu verstärken, erzeugt wird.
DE3834959A 1987-10-14 1988-10-13 Zuendungserreger mit konstanter zuendfunkenrate Withdrawn DE3834959A1 (de)

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US07/108,081 US4833369A (en) 1987-10-14 1987-10-14 Constant spark rate ignition exciter

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