DE4009145A1 - Kondensatorzuendanlage fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatorzünd­ anlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Anlagen werden auch als Hochspannungs- Kondensatorzündanlagen bezeichnet. Wesentliches Merkmal dieser Anlagen ist, daß die Zündenergie im elektrischen Feld des Kondensators gespeichert wird. Kapazität und Aufladespannung des Kondensators bestimmen die Größe der Speicherenergie. Die als Zündtransformator dienende Zündspule transformiert die durch Kondensatorentladung entstehende Primär­ spannung auf die erforderliche Hochspannung. Das Ladeteil ist ein Spannungswandler, der die Aufgabe hat, die aus der Bordnetzbatterie als Gleichstrom­ quelle stammende Batteriespannung in die wesentlich höhere Ladegleichspannung von 300 bis 400 Volt umzuwandeln und den Kondensator damit aufzuladen. Bei bekannten, beispielsweise aus Bussien (Automobil­ technisches Handbuch) bzw. aus dem Handbuch der Fa. Bosch (Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 18. Auflage 1976, S. 382) beschriebenen Zündanlagen der eingangs genannten Art ist das Ladeteil ein separates Bauteil, das einzig und allein für den Ladevorgang erforder­ lich ist. Die Zündspule ihrerseits wiederum kommt im wesentlichen lediglich während des Zündvorgangs zum Einsatz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatorzündanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringer Anzahl an Bauteilen auskommt und die sich gegenüber der bekannten Anlage durch ein entsprechend geringeres Gewicht auszeich­ net.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Wesentlich für die Erfindung ist die Doppelverwendung der Primärwicklung der Zündspule. Sie dient einer­ seits dazu, wie bisher in Verbindung mit der Sekun­ därwicklung die im Kondensator gespeicherte Zünden­ ergie auf den für die Zündung erforderlichen hohen Wert zu transformieren. Darüber hinaus aber dient sie wie das bekannte Ladeteil dazu, die von der Bord­ netzbatterie gelieferte Gleichspannung auf die im Kondensator zu speichernde Zündenergie mit einem hohen Gleichspannungswert zu transformieren. Dadurch kann ein separates Ladeteil völlig entfallen. Die damit erzielten Gewichtsvorteile ergeben sich damit von alleine.

In den Ansprüchen 2 bis 5 sind vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung beschrieben. Dabei liegen die Vorteile der Merkmale von Patentanspruch

• 2 in dem einfachen schaltungstechnischen Aufbau,
• 3 einer weiteren Verbesserung des schaltungstechnischen Aufbaus mit dem zusätz­ lichen Vorteil, mit Hilfe der Diode beim Lade­ vorgang des Kondensators, bedingt durch die an der Diode abfallende Spannung, eine sekundär­ seitige Zündimpuls-Erzeugung an der Zündspule zu vermeiden,
• 4 in der durch die individuelle Zuordnung gebo­ tenen Möglichkeit, die einzelnen Zylinder individuell zu steuern und auch bei Ausfall einer Anlage mit den verbleibenden Zylindern einen Notbetrieb sicherzustellen sowie,
• 5 dem kompakten Aufbau mit dem zusätzlichen Vorteil, bedingt durch kurze Leitungswege die Zündvorgänge schnell und sicher durchführen zu können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 ein demgegenüber verbessertes, zweites Ausführungsbeispiel.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist eine Hochspannungs-Kondensatorzündanlage gemäß der Erfin­ dung dargestellt, deren wesentlichen Elemente beste­ hen aus einer Gleichspannungsquelle 1, einer Zünd­ spule 2 mit Primärwicklung 3 und Sekundärwicklung 4, einer Diode 5 und einem Lade-Kondensator 6. Die Elemente 1, 3, 5 und 6 sind dabei in Reihe geschal­ tet.

An der Sekundärwicklung 4 ist eine mit ihrer Funken­ strecke 7 angedeutete, nicht dargestellte Zündkerze angeschlossen. Über einen Transistor 10, der an einem Knotenpunkt 15 angeschlossen ist, ist ferner ein Strompfad 9 von der Gleichspannungsquelle 1 über die Primärwicklung 3 gebildet, der durch eine Steuer­ elektronik 11 geschaltet abwechselnd geschlossen und geöffnet wird. Ferner ist ein ebenfalls durch die Steuerelektronik 11 geschalteter Transistor 12 vorgesehen, der die Diode 5 überbrückt.

Die Zündspule 2 stellt während des Ladevorgangs, bei dem der Kondensator 6 auf die erforderliche Zünd­ spannung von 300 bis 400 Volt geladen wird, einen im Leerlauf betriebenen Transformator dar. Hierzu wird der Transistor 10 durch die Steuerelektronik 11 in den leitenden Zustand gebracht. Über die Primärwick­ lung 3 fließt ein Strom, der exponentiell von der Induktivität und dem Widerstand der Primärwicklung 3 abhängt. Dabei wird in der Primärwicklung 3 eine magnetische Energie gespeichert. Wird der Strompfad 9 dann unterbrochen, indem der Transistor 10 in den nicht-leitenden Zustand gebracht wird, so wird die gespeicherte magnetische Energie freigesetzt. Diese Freisetzung hat zur Folge eine induzierte elektrische Spannung am Knotenpunkt 15, die gleich

L×di/dt

mit L=Induktivität der Primärwicklung 3 und i(t=Zeit)=Strom durch die Primärwicklung 3 während der Abschaltzeit vom Transistor 10 ist und damit die Aufladung des Kondensators 6 über die Diode 5.

Dieser Schaltzyklus für den Transistor 10 wird von der Steuerelektronik 11 solange wiederholt, bis die zur Zündung erforderliche Energie im Kondensator 6 zur Verfügung steht. Die Spannung des Kondensators 6 ist dabei abhängig von seiner Kapazität und der gespeicherten Energie.

Im Anschluß an die Aufladung des Kondensators 6 erfolgt der eigentliche Zündvorgang. Hierzu wird der Transistor 12 durch die Steuerelektronik 11 in den leitenden Zustand gebracht. Dadurch wird die Diode 5 überbrückt. Die im Kondensator 6 enthaltene Energie entlädt sich auf die Primärwicklung 3 über einen zur Gleichspannungsquelle 1 parallelen Puffer-Kondensator 8 sowie in geringem Umfang über die Gleichspannungs­ quelle 1 selbst. An der Sekundärwicklung 4 wird eine Spannung in Abhängigkeit vom Übertragungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklung sowie der Impedanz der Sekundärwicklung aufgebaut und die Zündung über die Funkenstrecke 7 ausgelöst.

Anschließend daran wiederholt sich der beschriebene Schaltzyklus für die Aufladung des Kondensators 6. Dabei wird die im Puffer-Kondensator 8 gespeicherte Energie zusätzlich zu der von der Gleichspannungs­ quelle 1 gelieferten Energie zum Erzeugen der magne­ tischen Energie in der Zündspule 2 verwendet.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind erfüllt der Transistor 10 zusätzlich zu seiner Funktion, den Strompfad 9 während des Ladevorgangs zu schalten, zusätzlich die Funktion, in Verbindung mit dem Transistor 12 den Zündvorgang zu steuern. Dabei ist wie in Fig. 1 im unteren Teil der Fig. 2 der zeitliche Verlauf der Schaltimpulse für die Transistoren 10 und 12 während des Ladevorgangs ("Laden") des Kondensators 6 und des Zündvorgangs ("Zünden") dargestellt.

Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels 1 und 2 besteht in der zusätzlichen Verwendung eines Schalttransistors 13, der über einen Knotenpunkt 16 in Reihe mit dem Puffer-Kondensator 8 geschaltet ist, sowie einer Phasendrehung der Zündspannung um 180°. Durch die Ansteuerung des Schalt-Transistors 13 in der Form, wie sie in dem dargestellten Diagramm ebenfalls dargestellt ist, unterstützt der Transistor 13 die Wirkungsweise des Kondensators 8 als Puffer während des Ladevorgangs.

Während des Zündvorgangs wird durch den nicht-lei­ tenden Zustand des Transistors 13 die Pufferwirkung des Kondensators 8 aufgehoben.

Der Ablauf des Lade- und des Zündvorgangs ist ähnlich zu dem für das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 be­ schriebenen. Wesentlicher Unterschied ist, wie bereits erwähnt, die Phasendrehung der Zündspannung.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 liegen die Lade­ spannung und die Zündspannung am Knotenpunkt 15 mit identischer Polarität an. Unter ungünstigen Bedingungen reicht die Energie eines einzelnen Ladezyklus aus, um einen (ungewollten) Zündvorgang einzuleiten.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird bei einem Ladezyklus ein Zündvorgang mit Hilfe der Diode 14 sicher unterdrückt. Um den Zündvorgang auszulösen erfolgt jetzt die Entladung des Kondensators 6 über den Transistor 12 auf den Knotenpunkt 16, die Pri­ märspule 3 und den Transistor 10 zur Masse. Eine Diode 17 verhindert eine parallele Entladung über die Gleichspannungsquelle 1. Damit wird für die Zünd­ spannung eine Phasendrehung um 180 Grad erreicht, und die Diode 14, die während des Ladezyklus in Sperrichtung betrieben wird, ist zum Zeitpunkt der Zündung in Durchlaßrichtung geschaltet.

Wesentlich für beide Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung ist die Doppelverwendung der Zündspule sowohl zur Erzeugung der hohen Gleichspannung im Kondensator 6 während des Ladevorgangs und der ohnehin gegebenen Funktion der Erzeugung der sekundärseitigen Zünd­ spannung bei der Entladung des Kondensators 6. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß die Zündanlage mit einer geringen Anzahl von Bauteilen auskommt. Dies ermöglicht es, diese Zündanlage mit der nicht darge­ stellten Zündkerze zu einer kompakten Baueinheit zu integrieren und beispielsweise für jede Brennkraft­ maschine bzw. jede Zündkerze der Brennkraftmaschine eine derartige Baueinheit vorzusehen.

Claims (5)

1. Kondensatorzündanlage für Brennkraftmaschinen, mit einem durch ein Ladeteil auf die erforder­ liche Zündspannung ladbaren Kondensator und mit einer im Zündzeitpunkt mit ihrer Primärwicklung damit in Reihe geschalteten Zündspule, an der sekundärseitig eine Zündkerze angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung Bestandteil des Ladeteils ist und daß der Kondensator über die Primärwicklung während des zwischen zwei Zündvorgängen liegenden Zeitraums sukzessive auf die Zündspannung aufgeladen ist, indem die in der Zündspule fortlaufend gespei­ cherte magnetische Energie auf den Kondensator übertragen wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der magnetischen Energie ein abwechselnd geschlossener und geöffneter Strom­ pfad zwischen einer Gleichspannungsquelle und der Primärwicklung gebildet ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Entladen des Kondensators über die Primärwicklung eine Diode überbrückt ist, über die der Kondensator aufgeladen ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern jedem Zylinder eine eigene Kondensatorzündanlage zugeordnet ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorzündanlage mit der Zündkerze eine bauliche Einheit bildet.