DE69024512T2

DE69024512T2 - Statische Zündanlage für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE69024512T2
Application number: DE69024512T
Authority: DE
Inventors: Nunzio Vittorio Di; Eraldo Giaccardi; Sergio Saluzzo
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2010-01-31
Also published as: JPH02245473A; DE69024512D1; JP2781045B2; US5009213A; IT8967084A0; IT1232580B; EP0383730B1; EP0383730A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft statische Zündvorrichtungen für Verbrennungsmotoren.

Beschreibung des Stands der Technik

Heute sind im wesentlichen zwei statische Zündsysteme bekannt:
- mit kapazitiver Entladung
- mit induktiver Entladung.
Systeme mit kapazitiver Entladung speichern Energie mit einer Spannung V in einem Kondensator C (elektrostatische Energie E = 1/2 CV²), die in der richtigen Reihenfolge zu einem Aufwärtstransformator entladen wird, dessen Sekundärwicklung mit jeder Zündkerze verbunden ist. Das System sieht allgemein einen Transformator für jede Zündkerze vor.
Die Art der Entladung ist gekennzeichnet durch:
- eine sehr kurze Zeit vor dem Ansteigen der Lichtbogenspannung (in der Größenordnung von 10&supmin;&sup6; sec);
- eine sehr hohe (300/600 mA) Anfangsspitze des Lichtbogen-(oder Funken)-Stroms;
- einen Lichtbogen von kurzer Dauer (wenige Hundertstel einer Mikrosekunde).
Obwohl die beiden ersten Merkmale einstimmig als Vorteile erkannt wurden, kann die Dauer des Lichtbogens von Nachteil sein, wenn sie so kurz ist, besonders im Betrieb mit niedrigen Drehzahlen und bei kleiner Belastung.
Aus diesem Grund und wegen ihrer Kosten sind diese Systeme nicht sehr verbreitet.
Weiters sind aus EP-A-0,329.099 Zündsysteme mit einer kontinuierlichen Wechseistromentladung bekannt, die eine Zündspule und eine externe Induktivität besitzen, eine für jeden Zylinder des Motors.
Induktive Entladesysteme speichern die Energie mit einer Stromstärke I in einer Induktivität L (elektromagnetische Energie E = 1/2 LI²), die auch als Aufwärtstransformator wirkt. Die Energie wird zu jeder Zündkerze durch das momentane Abschalten des Primärstroms entladen.
Weiters sind Systeme, die eine Spule für jeweils zwei Zylinder besitzen ("verlorener Funke" lost spark), sowie Systeme bekannt, die eine Spule für jeden Zylinder vorsehen. Da diese Systeme bekannt sind und von verschiedenen Herstellern verwendet werden, sei für eine ausführliche Beschreibung ihrer Arbeitsweise auf die technische Literatur verwiesen.
Die Art der Entladung ist bei diesen Systemen gekennzeichnet durch:
- eine sehr kurze Zeit vor dem Ansteigen der Lichtbogenspannung (10- 20 Mikrosekunden);
- eine kleine Anfangsspitze des Lichtbogenstroms (50-100 mA);
- ein Lichtbogen von langer Dauer (1-2,5 Millisekunden).
Das letztgenannte Merkmal ist für eine gute Arbeitsweise des Motors unter allen Bedingungen sehr vorteilhaft, besonders dann, wenn er mit niedrigen Drehzahlen und kleiner Belastung läuft. Aus diesem Grund, und da die Kosten kleiner als bei kapazitiven Systemen sind, sind induktive Entladesysteme am weitesten verbreitet.
Am besten geeignet für Motoren mit einer ungeraden Zylinderanzahl sind Lösungen mit einer Spule für jeden Zylinder, die direkt an der jeweiligen Zündkerze befestigt ist, obwohl diese Lösungen teurer als das System mit einer Spule für jedes Zylinderpaar sind.
Die Vorteile liegen in der einfachen Montage am Motor, da es sich um nicht sehr sperrige Bauteile handelt, beispielsweise Isolierkappen und Hochspannungskabel, die auch Quellen für hochfrequente Störungen sind. Dieses System, das eine Spule für jeden Zylinder besitzt, kann jedoch bei einigen Motoren nicht verwendet werden, da die einzelnen Spulen sperrig sind.

Gegenstand und Zusammenfassung der Erfindung

Es besteht daher Bedarf an einem induktiven, statischen Zündsystem für eine allgemeinere Anwendung, um sehr kleine Spulen vorsehen zu können, ohne daß die Leistungsfähigkeit geringer wird. Gegenstand dieser Erfindung ist es daher, eine statische Zündvorrichtung zu liefern, die bei gegebener Leistungsfähigkeit kleiner ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Gegenstand mit einer statischen Zündvorrichtung erreicht, um Zündimpulse an eine Vielzahl von Zündkerzen in einem Verbrennungsmotor zu legen, wobei die Vorrichtung die in den beiliegenden Ansprüchen angeführten Merkmale besitzt.

Bemerkungen zu Arbeitsweise eines induktiven Zündsystems

Um die Merkmale der Erfindung besser hervorzuheben, sollen einige Gedanken in Erinnerung gerufen werden, die sich auf den Betrieb von Zündspulen beziehen. Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines Schaltkreises, wie er allgemein verwendet wird. Es sind weder die Synchronisiersignale noch die Steuerlogik dargestellt, da sie für die vorliegende Beschreibung unerheblich sind.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen VB die Batteriespannung bezeichnet, die für die Ladung einer Gegeninduktivität oder "Spule" unter der Steuerung einer Betriebsstufe verwendet wird, die üblicherweise ein Darlington-Transistor D bildet. P&sub1; bezeichnet den Widerstand der Primärwicklung der Spule, die N&sub1; Windungen und die Induktivität L&sub1; besitzt. Die Sekundärwicklung der Spule besitzt N&sub2; Windungen. Der Elektrodenabstand (Zündkerze) ist mit SP bezeichnet. Dem Darlington- Transistor D ist eine Zener-Diode Dz zugeordnet, um die Abschaltüberspannung (auf bekannte Art) zu begrenzen. Mit dem Bezugszeichen VL ist allgemein die Spannung an der Primärwicklung der Spule bezeichnet.
Die Arbeitsweise des Schaltkreises von Fig. 1 kann im Zusammenhang mit den Zeitdiagrammen von Fig. 2a-2e wie folgt beschrieben werden, die zeigen:
- den Verlauf des Stroms in der Primärwicklung der Spule (Fig. 2a);
- den Verlauf der Zündspannung V (Fig. 2b);
- den Verlauf des Lichtbogen- oder Zündstroms (Fig. 2c);
- den Verlauf der Spannung an der Primärwicklung der Spule (Fig. 2d); und
- den Verlauf des Magnetflusses in der Spule und der Induktion im Eisenkern (2e).
Der Schaltkreis befindet sich anfangs in Ruhe, bis der Darlington- Transistor D öffnet (Zeitpunkt 0 in Fig. 2a). Ab diesem Augenblick steigt der Strom in der Primärwicklung exponentiell an, bis er zum Zeitpunkt t&sub0; den Maximalwert I&sub0; erreicht.
Wenn angenommen wird, daß der Schaltkreis ein Schaltkreis mit konstanter Energie ist, wird der Strom auf den Wert I&sub0; begrenzt, bis der für die Entladung vorgesehene Zeitpunkt erreicht ist.
Während des Intervalls von t&sub1; bis t&sub2; wird in der Sekundärwicklung eine hohe Spannung bis zum dielektrischen Durchbruch erzeugt (die Spannung vor dem Lichtbogen Fig. 2b), da der Primärstrom I&sub0; abgeschaltet wird.
Die Entladung, deren Strom in Fig. 2c dargestellt ist, beginnt von diesem Zeitpunkt (t&sub2;) und dauert bis zum Zeitpunkt t&sub3;, wenn der Strom gleich Null wird.
Von diesem Zeitpunkt t&sub3; an befindet sich der Schaltkreis in Ruhe, wobei er auf den Beginn eines neuen Intervalls wartet (Zeitpunkt t&sub4; = 0).
Fig. 2d zeigt den Verlauf der elektromotorischen Kraft an der Primärwicklung der Spule. In diesem Zusammenhang gelten folgende Überlegungen:
Intervall von 0 bis t&sub0; (der Einfachheit halber sollen der Spannungsabfall im Darlington-Transistor, die Streukapazität und die Impedanz der Last vor der Entladung vernachlässigt werden)
mit Intervall von t&sub0; bis t&sub1; Intervall von t&sub1; bis t&sub2;
wobei VZ die Zener-Spannung ist Intervall von t&sub2; bis t&sub3;
wobei i&sub2;(t) der Sekundärstrom und
R&sub2; der Gesamtwiderstand ist, der den Sekundärkreis beeinflußt.
Schließlich zeigt Fig. 2e den Verlauf des Magnetflusses in der Spule und der Induktion B im Kern ("Eisen") der Spule. Dieser Verlauf kann instrumentell nicht ermittelt werden, doch ist er aufgrund der bekannten Verhältnisse zwischen elektromotorischen Kräften und dem Magnetfluß bei induktiven Schaltkreisen festgelegt. Tatsächlich steht der Fluß in der Spule mit der angelegten Spannung über folgende Gleichung in Beziehung (mit der Vorzeichenregel von Fig. 1):
wobei der verkettete Fluß ist, woraus folgt:
Um das Verständnis zu erleichtern, sei darauf hingewiesen, daß im Intervall von 0 bis t&sub1; der Primärstrom lediglich magnetisiert, wobei die Verluste im Eisenkern vernachlässigbar sind, womit der Fluß proportional ist.
Die Induktion im Eisenkern der Spule besitzt einen dem Fluß ähnlichen Verlauf, da gilt:
= B.S
wobei S der Nutzquerschnitt des Eisenkerns ist.
Wenn die magnetischen Abmessungen der Spule richtig sind, entspricht die in Fig. 2e gezeigte maximale Induktion jenem Maximum, das das verwendete ferromagnetische Material zuläßt (bei normalen Kernblechen ist Bmax 1,1 Wb/m²).

Theoretische Grundlage der Erfindung

Bei der oben beschriebenen Lösung gemäß dem Stand der Technik arbeitet das magnetische Material mit einer Induktion, die sich nur zwischen 0 und +Bmax ändert, während sie theoretisch zwischen -Bmax und +Bmax (wie bei Transformatoren) wirken kann.
Die Zündvorrichtung gemäß der Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß die Spule als Transformator verwendet wird, in dem sich die Arbeitsinduktion zwischen -Bmax und +Bmax ändern kann.
Da der Magnetisierungsstrom auf annehmbare Werte begrenzt werden muß, ist es nicht möglich, 100% dieses Variationsbereichs auszunützen.
Um das Verständnis zu erleichtern, werden einige Formeln, mit denen die Vordimensionierung einer Zündspule erfolgen kann, unten angegeben.
Die Gleichung, die die Primärinduktivität L mit dem darin fließenden Strom I, der Windungsanzahl N und dem verketteten Fluß verknüpft, lautet:
L x I = N . (6)
Wenn die Induktivität L und der maximale Strom I&sub0; gegeben sind, folgt, daß die Windungen N, der Querschnitt S und die maximale Induktion Bmax durch folgende Gleichung verknüpft sind:
N x Bmax x S = L x I&sub0; (7)
Wenn die Art des verwendeten magnetischen Materials gegeben ist, ist auch die maximale Arbeitsinduktion festgelegt.
Im Fall von normalen Kernblechen, wenn angenommen wird, daß
Bmax = 1,1 Wb/m²
ist, lautet die Gleichung:
N x S = L . I&sub0;/1,1 (8)
Der Ausdruck N x S, der gefunden werden soll, liefert die Abmessungen der Spule zusammen mit anderen Konstruktionsparametern, beispielsweise: den Primärwiderstand, den Sekundärwiderstand, die maximale Verlustleistung, das Windungsverhältnis usw.
Im wesentlichen beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, daß bei einer Vorpolarisation des Spulenkerns auf -Bmax das magnetische Material voll ausgenützt werden kann. Durch eine Umformung der Gleichung (6) erkennt man, daß dies daher stammt, daß die Spannung an der Spule durch folgende Differentialgleichung gegeben ist:
oder
Die Integration der Gleichung (9) zwischen 0 und I&sub0; sowie die entsprechende Integration der Gleichung (10) zwischen 0 und max liefert die Gleichung (6).
Wenn der Eisenkern auf -Bmax vorpolarisiert wird (d.h. - max) führt die Integration der Gleichung (10) zu folgender Gleichung:
woraus folgt:
Das bedeutet, daß der Parameter für die Dimensionierung NxS genau halbiert wird. Dadurch können beispielsweise der Querschnitt des Eisenkerns bei einer gegebenen Windungszahl N oder die Anzahl von Windungen N bei einem Kern mit gegebenem Querschnitt halbiert werden, wobei dies hinsichtlich Größe und Gewicht von Vorteil ist.
Die Zündvorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die vollständige Ausnutzung des Magnetkerns gemäß der Gleichung (12), wobei dies zu einer beträchtlichen Herabsetzung der Sperrigkeit und des Gewichts führt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Eine Ausführungsform dieser Erfindung wird nun anhand eines nichteinschränkenden Beispiels und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1 und 2a-2e den Stand der Technik, wobei sie bereits oben beschrieben wurden;
Fig. 3 das Schaltbild des Aufbaus einer Zündvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 4 ein zusammenfassendes Zeitdiagramm, in dem die Arbeitsfolge des Schaltkreises von Fig. 3 dargestellt ist;
Fig. 5 eine Abart des Schaltbilds von Fig. 3, das für die Beschreibung theoretisch vereinfacht wurde; und
Fig. 6a-6h weitere Zeitdiagramme, in denen der Verlauf von Signalen dargestellt ist, die bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung auftreten.
Das für einen Vierzylindermotor vorgeschlagene System ist in Fig. 3 vereinfacht dargestellt.
So wie beim herkömmlichen Schaltkreis von Fig. 1 ist mit dem Bezugseichen VB die Batteriespannung bezeichnet, die für die Ladung der Primärwicklung S&sub1; einer Spule B verwendet wird, die unter der Steuerung eines Darlington-Transistors D erfolgt, dem eine Zener-Diode Dz zugeordnet ist, um die Abschaltüberspannung zu begrenzen. Die Spule B wird von einer Gegenimpedanz gebildet, die (anders als beim Schaltkreis von Fig. 1) ein Verhältnis der Primär- zu den Sekundärwindungen besitzt, das gleich Eins oder im wesentlichen gleich Eins ist.
Die Sekundärwicklung S&sub2; der Spule B ist mit den Primärwicklungen von vier Aufwärtstransformatoren T&sub1; bis T&sub4; (ohne Luftspalte) verbunden, die direkt auf den Zündkerzen SP1, SP2, SP3, SP4 angebracht sind. Die Erregung der Transformatoren T&sub1; bis T&sub4; wird durch entsprechende Elektronikschalter (z.B. Triacs) TR1 bis TR4 gesteuert, die geeignet angespeist werden, um die richtige Zündfolge sicherzustellen.
Ein Widerstand R liegt mit der Sekundärwicklung S&sub2; in Serie, um den Strom für die Vorpolarisierung der Transformatoren T1 bis T4 auf jenen Wert zu begrenzen, der +Bmax entspricht. Eine mit dem Bezugszeichen D versehene Diode dient zum Kurzschließen des Widerstands R während jenes Zustands, in dem die Energie zu den Zündkerzen übertragen wird. Ein mit dem Bezugszeichen C versehener Kondensator liegt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Darlington-Transistors, um den Wert von dV/dt, der in den Schaltern TR1-TR4 vorhanden ist, in jenem Moment zu begrenzen, wenn der Darlington-Transistor geschaltet (gesperrt) wird.
Schließlich ist mit dem Bezugszeichen U eine zentrale Zündsteuerstufe oder ein ähnlicher Bauteil bezeichnet, der die Erregung des Darlington-Transistors D sowie der Triacs TR1-TR4 gemäß bekannten Kriterien steuert.
Die Spule B dient dazu, um die elektromagnetische Erregungsenergie E = 1/2 LI² für jedes Intervall (180º-Drehung des Motors) zu speichern.
Diese Energie wird dann dadurch entladen, daß der Darlington-Transistor D gesperrt wird, wobei sie, nachdem vorher einer der vier Elektronikschalter TR1-TR4 geschlossen wurde, über den entsprechenden Transformator (T1-T4) zu jener Zündkerze übertragen wird, bei der die Entladung erfolgen soll.
Die Diagramme von Fig. 4 zeigen vereinfacht, wie die zentrale Steuereinheit U sowohl den Darlington-Transistor, um die Hilfsspule mit dem Strom I&sub0; (Fig. 4b) zu laden, als auch die Erregungsfolge der Triacs TR1-TR4 (Fig. 4c) steuert, um die in der Spule B gespeicherte Energie über die Transformatoren T1-T4 zu den entsprechenden Zündkerzen SP1-SP4 in Abhängigkeit von jener Zündfolge zu übertragen, die der Motor benötigt (Fig. 4a).
Im besonderen erkennt man, daß die Folge für das Schließen (Leiten) eines jeden Triacs TR1 bis TR4 (Diagramme 4c) so gesteuert wird, daß der entsprechende Aufwärtstransformator T1 bis T4 nur kurz nach jenem Zeitpunkt aktiviert wird, wenn der Darlington-Transistor T zu leiten beginnt. Damit wird das Auftreten von ungewollten Spitzen in den Zündkerzen SP1-SP4 während der Vorpolarisierung verhindert (oder zumindest herabgesetzt).
Eine derartige Spitze tritt bei allen induktiven direkten Zündsystemen auf, die eine Spule für jeden Zylinder besitzen. Es ist ersichtlich, daß dieses Problem durch den Einsatz einer Sperrdiode im sekundären Hochspannungskreis (Zündkerzenseite) praktisch beseitigt werden kann. Diese Lösung ist jedoch teuer: die Lösung gemäß der Erfindung besitzt daher in dieser Hinsicht Vorteile.
Das Merkmal des Schaltkreises von Fig. 3 liegt darin, daß es durch die Hilfsspule B möglich ist, jeden Transformator T1 bis T4 während des Ladezustands auf +Bmax vorzupolarisieren, wie dies unten beschrieben wird.
Wenn man das Schaltbild von Fig. 5 betrachtet, erkennt man, daß der gezeigte Schaltkreis nur mit einem Aufwärtstransformator T1 und dem entsprechenden Steuertriac TR1 versehen ist, um die Beschreibung zu vereinfachen.
Die Beschreibung der Arbeitsweise, die unten erfolgt, kann mit einer Zeitverschiebung auf die anderen Transformatoren T2 bis T4 angewandt werden, wenn diese von den entsprechenden Triacs TR1 bis TR4 in Betrieb gesetzt werden.
Fig. 6a1), 6a2) bzw. 6b) zeigen den zeitlichen Verlauf:
- der Steuerspannung des Darlington-Transistors D,
- des Stroms I in der Primärwicklung der Hilfsspule B, und
- der elektromotorischen Kraft VL.
Bei der Erläuterung dieser Diagramme wird Wort für Wort auf jene Beschreibung Bezug genommen, die oben im Zusammenhang mit den Diagrammen von Fig.2 gegeben wurde. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bei der hier beschriebenen besonderen Anwendung der Strom in der Primärwicklung der Spule B nicht auf einem konstanten Wert I&sub0; gehalten werden kann, wie dies bei der ersten Beschreibung der Fall war (im Intervall t&sub0;-t&sub1; von Fig. 2a), mit Ausnahme zum Nachteil jener Energiemenge, die bei der Zündkerze zur Verfügung steht, wie dies später erläutert wird.
Um das Verständnis der Diagramme von Fig. 6a-6h zu erleichtern, soll t&sub1; jener Zeitpunkt, bei dem der Darlington-Transistor mit seiner Sperre beginnt (wobei dies bei der Zündkerze dem Beginn des Anstiegs in die Hochspannung entspricht, das heißt, dem Zustand vor dem Lichtbogen), und t&sub2; jener Zeitpunkt sein, bei dem der Lichtbogen gezündet wird (d.h. der Beginn des Lichtbogenzustands).
Das Schließen des Elektronikschalters TR1, der den Betrieb des Transformators T&sub1; ermöglicht, erfolgt knapp nach dem Zeitpunkt 0, wobei er geöffnet wird, wenn der darin fließende Strom i auf einen Wert unter der Halteschwelle fällt (t> t&sub3;).
Die Steuerimpulse zur Gatterelektrode (Fig. 6c), die nach dem Zeitpunkt 0 positiv und nach dem Zeitpunkt t&sub1; negativ sind, dienen zur Sicherstellung, daß der Schalter für das gewünschte Zeitintervall sowohl positiven Strom als auch negativen Strom leitet.
Die Spannung Vp, die an der Primärwicklung des Transformators T&sub1; auf tritt (einschließlich des Triacs TR1), besitzt den in Fig. 6d gezeigten Verlauf.
Dazu gelten folgende Überlegungen:

Intervall 0 bis t&sub1;

VP = VL - R.i

Intervall t&sub1; bis t&sub2;

VP VL Intervall t&sub2; bis t&sub3;
Dabei ist R&sub2; der Gesamtwiderstand, der den Sekundärkreis von T&sub1; beeinflußt, und i&sub2;(t) der Sekundärstrom von T&sub1;.
Im Intervall 0-t&sub1; wird daher der Strom i (Fig. 6e) positiv (gemäß der in Fig. 5 gezeigten Richtung), wobei er bei einem geeignet dimensionierten Schaltkreis genügend groß ist, um den Eisenkern von T&sub1; auf den Induktionswert +Bmax vorzupolarisieren (Fig. 6f).
Wenn der Strom I im Primärkreis der Hilfsspule B für eine ausreichend lange Zeit auf einem konstanten Wert I&sub0; bleibt, würde VL auf Null sinken, wodurch der Vorpolarisationsstrom i ausgelöscht würde. Dies würde jene Energie etwa um 30% herabsetzen, die für die Zündkerze bereitsteht.
Der Widerstand R dient deshalb dazu, um zu verhindern, daß der Vorpolarisationsstrom ( 300 mA) während des Intervalls 0 bis t&sub1; durch die Sättigung des Kerns von T&sub1; ohne Vorteil übermäßig ansteigt. Gemäß der Arbeitsweise von Transformatoren wird dieser Strom dem Strom I zugeschlagen, der in der Primärwicklung der Hilfsspule B fließt. Ein übergroßer Wert davon würde einen sinnlosen Energieverlust oder bei einer gegebenen Verlustleistung eine Herabsetzung jener Energie hervorrufen, die in der Primärwicklung der Spule B gespeichert ist.
Die Vorzeichenänderung der Spannung Vp zum Zeitpunkt t&sub1; verursacht eine Umkehr des Stroms i, der durch das Vorhandensein der Diode D nicht mehr durch den Widerstand R begrenzt ist und deshalb frei fließen kann.
Was schließlich den Verlauf des Stroms i (Fig. 6e) betrifft, gilt folgendes:

Intervall 0 bis t&sub1;

i ist der Vorpolarisationsstrom von T&sub1; plus dem Stromverlust im Kern;

Intervall t&sub1; bis t&sub2;

die Umkehr von Vp und damit von i;

Intervall t&sub2; bis t&sub3;

i ist jener Lichtbogenstrom, der dem Windungsverhältnis in der Pnmärwicklung von T&sub1; zuzuschreiben ist, plus dem Magnetisierungsstrom plus dem Stromverlust im Eisenkern. Die zum Zeitpunkt t&sub2; beobachtete Spitze wird durch die Entladung des Kondensators C über die Primärwicklung der Hilfsspule B hervorgerufen, wenn der Lichtbogen gezündet wird;

Zeitpunkt t&sub3;

i ist der Magnetisierungsstrom plus dem Stromverlust. Der Lichtbogen wird gelöscht;

t > t&sub3;

Der Reststrom nimmt langsam ab und wird dann rasch auf Null gebracht, wenn der nächste Triac eingeschaltet wird.
Unter der Annahme, daß die in der Primärwicklung des Hilfstransformators B gespeicherte Energiemenge ausreicht, verlaufen der Fluß und damit die Induktion B so, wie dies in Fig. 6f dargestellt ist.
Wenn man den Schaltkreis von Fig. 3 verwendet, liefern die Transformatoren den Zündkerzen eine Induktion, die sich in jedem Zündintervall zwischen -Bmax und +Bmax ändern kann, d.h. zwischen einem Vorpolarisations-Anfangswert B und einem Endwert. Der Anfangswert und der Endwert sind, wie oben erwähnt, etwa gleich, wobei sie jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen besitzen, so daß eine vollständige Ausnutzung des Kerns erreicht werden kann.
Es ist daher möglich, eine Herabsetzung von Gewicht und Sperrigkeit im Vergleich zu anderen bekannten Systemen bei einer gegebenen Funkenenergie und Kembiechart zu erreichen.
Eine weitere Herabsetzung könnte durch die Verwendung von teureren Kernblechen mit einem Wert von Bmax = 1,7 Wb/m² und sehr niedrigen Magnetisierungsströmen erreicht werden (beispielsweise eng gepackte C-Kerne ohne Luftspalte).
Fig. 6g und 6h zeigen die Hochspannung in der Zündkerze bzw. den Lichtbogenstrom.
Im Vergleich zu derzeit bekannten statischen Zündsystemen mit induktiver Entladung ermöglicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung:
- das Speichern jener Energie, die für eine richtige Zündung notwendig ist, in einer Hilfsspule B, die, da sie ein Windungsverhältnis von im wesentlichen gleich Eins besitzt, kleiner ist und keine Probleme hinsichtlich der Isolierung zwischen den Windungen zeigt;
- deren Übertragung in jener Reihenfolge, die durch die statischen Schalter TR1-TR4 gegeben ist, zu Aufwärtstransformatoren T1 bis T4, die bei dieser bestimmten Anwendung vorpolarisiert werden können, so daß der Kern vollständig ausgenutzt wird, wodurch Sperrigkeit und Gewicht herabgesetzt werden;
- die Beseitigung von Hochspannungskabeln und der Schutzkappen (ein Vorteil, der Systemen ähnlich ist, die eine Spule für jeden Zylinder vorsehen, die jedoch in bestimmten Fällen wegen der sperrigen Spulen nicht anwendbar sind, während das hier vorgeschlagene System wegen der kleineren Abmessungen der Transformatoren brauchbar ist).

Claims

1. Statische Zündvorrichtung, um Zündimpulse an eine Vielzahl von Zündkerzen in einem Verbrennungsmotor zu legen, wobei die Vorrichtung aufweist:

- eine einzige Gegenimpedanzeinrichtung (B) mit einer Primärwicklung (S&sub1;) und einer Sekundärwicklung (S&sub2;) mit einem Windungsverhältnis von im wesentlichen gleich Eins, wobei die Sekundärwicklung (S&sub2;) dazu vorgesehen ist, um einen entsprechenden Zweig des Zündkreises für jede Zündkerze anzuspeisen;

- eine Erregereinrichtung (VB, D), um eine gegebene Zündenergie in der Primärwicklung (S&sub1;) zu speichern und einzelne Energieimpulse rhythmisch zur Sekundärwicklung (S&sub2;) zu übertragen;

- einen Aufwärtstransformator (T1 bis T4) für jeden Zweig des Zündkreises, wobei jeder Aufwärtstransformator zwischen der zugeordneten Zündkerze (SP1 bis SP4) und der Sekundärwicklung (S&sub2;) wirkt;

- eine Aktiviereinrichtung (TR1 bis TR4), die den Aufwärtstransformatoren (T1 bis T4) zugeordnet ist, wobei sie wahlweise (U) die Übertragung der Zündenergie zum zugeordneten Aufwärtstransformator (T1 bist T4) hervorrufen kann, um ein Zündintervall auszuführen, wobei sich die Induktion in jedem Aufwärtstransformator zwischen einem Vorpolarisations-Anfangswert (+Bmax) und einem Endwert (-Bmax) ändert, wobei der Anfangswert und der Endwert etwa den gleichen Wert jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen besitzen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der entsprechende Aufwärtstransformator (T1 bis T4) in der Nähe der entsprechenden Zündkerze (SP1 bis SP4) befestigt ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der entsprechende Aufwärtstransformator (T1 bis T4) einen ferromagnetischen Kern besitzt, der mit einem herabgesetzten Magnetisierungsstrom und niedrigen Verlusten arbeitet, vorzugsweise ein Kern aus Ferrosiliziumblechen mit ausgerichteten Strukturen.

4. Vorrichtung gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktiviereinrichtung zumindest einen Elektronikschalter aufweist, beispielsweise einen Triac (TR1 bis TR4).

5. Vorrichtung gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Aktiviereinrichtung (TR1 bis TR4) den entsprechenden Aufwärtstransformator (T1 bis T4) kurz nach jenem Zeitpunkt aktiviert, an dem die Erregereinrichtung (D) zu leiten beginnt, um das Auftreten von falschen Spannungsspitzen in den Zündkerzen (SP1-SP4) zu verhindern.

6. Vorrichtung gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinrichtung einen Transistor, vorzugsweise einen Darlington-Transistor (D) enthält, dessen Kollektorstrom jenen Strom bestimmt, der durch die Primärwicklung (S&sub1;) fließt, und daß ein Kondensator (C) zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors (D) liegt, um den Spannungsabfall zu begrenzen, der im Betrieb an der Aktiviereinrichtung (TR1 bis TR4) liegt.

7. Vorrichtung gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R), um den Vorpolarisationsstrom in dem zumindest einen Aufwärtstransformator (T1 bis T4) auf seinen Anfangswert zu begrenzen, zwischen der Sekundärwicklung (S&sub2;) und dem zumindest einen Zweig des Zündkreises liegt.

8. Zündvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstand (R) eine Kurzschlußdiode (D) zugeordnet ist, um den Widerstand (R) während der Übertragung der Zündenergie zum Aufwärtstransformator (T1 bis T4) kurzzuschließen.