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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Zündvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine.
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Herkömmliche Verfahren zum Unterdrücken einer
induzierten Spannung, die an einem niederspannungsseitigen Ende
einer Sekundärwicklung
einer Zündspule
während
des Beginns der Primärstromzuführung erzeugt
wird, umfassen ein Verfahren, das eine an dem hochspannungsseitigen
Ende der Sekundärwicklung
angeschlossene Hochspannungsdiode verwendet, wie in der Japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 55-66659 beschrieben ist, und ein Verfahren,
das eine an dem niederspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung
angeschlossene Zenerdiode verwendet, wobei die Zenerdiode bei einer
Sperrspannung, die höher
als die an dem niederspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung
erzeugte induzierte Spannung ist, leitend wird, wie in der Japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 6-94864 beschrieben ist,. Ferner ist in US 4653460A, das als nächster Stand
der Technik angesehen wird, ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben,
bei dem eine Zenerdiode mit einer Zenerspannung höher als
die induzierte Spannung auf dem niederspannungsseitigen Ende der
Sekundärwicklung verwendet
wird, um das Auftreten eines unerwünschten Zündens der Kerze wegen der sekundär induzierten
Hochspannung zu verhindern. In jedem Verfahren wird eine Diode mit
einer Durchschlagspannung größer als
die an dem niederspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung
während
des Beginns der Primärstromzuführung erzeugte
induzierte Spannung verwendet. Demnach wird die Diode unter Zuhilfenahme
eines Elementes mit hoher Spannungsfestigkeit konfiguriert.
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In dem obenerwähnten Stand der Technik erfordert
der Einsatz einer Diode, die eine Durchschlagspannung höher als
die an dem niederspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung
während des
Beginns der Primärstromzuführung induzierte Spannung
besitzt, ein Element mit einer hohen Spannungsfestigkeit. Eine Diode
mit hoher Spannungsfestigkeit ist teuer und sperrig. Sie verursacht
Nachteile im Hinblick auf Kosten und Baugröße.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Zündvorrichtung
zu schaffen, die vorteilhaft in Bezug auf Kosten und Baugröße ist,
und eine Fehlzündung
in einer Zündkerze
anhand einer an dem niederspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung
während
des Beginns der Primärstromzuführung erzeugten
induzierten Spannung verhindern kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Diode wird zum Zweck der Verhinderung der
Zündung
der Zündkerze
bei einer an dem niederspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung
während
des Beginns der Primärstromzuführung erzeugten
induzierten Spannung gebraucht. Das heißt, daß die Durchschlagspannung der
Diode nicht notwendigerweise auf einen Wert höher als die während des Beginns
der Primärstromzuführung erzeugte
induzierte Spannung gesetzt wird, die Aufgabe kann jedoch unter
Zuhilfenahme einer Zenerdiode, welche die induzierte Spannung zu
einem Wert verschiebt, bei dem keine Funkentladung entsteht, selbst
bei einer Spannung kleiner als die induzierte Spannung gelöst werden.
Dabei reduziert sich die Spannung zwischen den Elektroden der Zündkerze.
Also kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung unter Zuhilfenahme
einer verhältnismäßig preiswerteren und weniger
sperrigen Niederspannungszenerdiode gelöst werden.
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Im Folgenden wird die vorliegende
Erfindung anhand einer Ausführungsform
in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung genauer erläutert,
wobei:
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1 ein
Schaltplan ist, der die Konfiguration eines Zündsystems ohne Sperrspannung-Blockierdiode
zeigt.
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2 ein
Signalformdiagramm ist, das die Funktionsweise des Zündsystems
ohne die in 1 gezeigte
Sperrspannung-Blockierdiode zeigt,
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3 ein
Schaltplan ist, der die Konfiguration einer Zündspule mit eingebauter Hochspannungsdiode
zeigt,
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4 ein
Schaltplan ist, der die Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und
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5 eine
Signalformdiagramm ist, das die Funktionsweise des in 4 gezeigten Zündsystems zeigt.
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Die Funktionsweise der Konfiguration
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
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Gemäß der Konfiguration der vorliegenden Erfindung
ist eine Zenerdiode an dem niederspannungsseitigen Ende einer Sekundärwicklung
einer Zündspule
angeschlossen. Die Zenerdiode wird bei einer Sperrspannung kleiner
als die während
des Beginns der Primär stromzuführung an
dem niederspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung erzeugten induzierten
Spannung leitend und hat eine Zenerspannung, die notwendigerweise
groß genug
ist, um Fehlzündungen
in der Zündkerze
zu verhindern. Folglich kann die Erzeugung eines Funkens in einer Zündkerze
selbst dann verhindert werden, wenn eine induzierte Spannung während des
Beginns der Primärstromzuführung erzeugt
wird. Eine Entladespannung zwischen den Elektroden der Zündkerze
beträgt
entsprechend der Theorie von Paschen etwa 300 V oder mehr oder entsprechend
der Praxis in einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine etwa 1 kV oder
mehr. Folglich wird die Zenerspannung auf der Grundlage dieser Spannungswerte
gesetzt, um Fehlzündungen
zu vermeiden.
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Da die Zenerdiode an dem niederspannungsseitigen
Ende der Sekundärwicklung
angeschlossen ist, wird die induzierte Spannung während des
Beginns der Primärstromzuführung um
die Zenerspannung verschoben und die Sperrspannung in der Sekundärwicklung
wird zwischen der Zenerdiode und einer Entladungsfunkenstrecke der
Zündkerze aufgeteilt,
wobei die Entladungsspannung in der Zündkerze unterdrückt wird.
Da ferner die Zenerdiode an dem niederspannungsseitigen Ende der
Sekundärwicklung
angeschlossen ist, wird die Zenerdiode nicht durch einen kapazitiven
Entladestrom, der durch eine sekundäre Kapazität an der Zündkerze bei der Zündung zum
Zeitpunkt des Beginns der Primärstromabschaltung
ausgelöst
wird, beeinflußt,
wodurch verhindert wird, daß die
Zenerdiode einer hohen Spannung ausgesetzt wird.
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1 zeigt
eine typische Konfiguration eines Zündsystems ohne eine Gegenspannung
sperrende Diode. Das in 1 gezeigte
Zündsystem umfaßt eine
Batterie 1, eine ECU 2, eine Zündspule 3, eine Zündkerze 4,
und einen Leistungstransistor 5. Die ECU 2 liefert
zu einem geeigneten Zündzeitpunkt
von ihrer Ausgangsstufe HOCH- und TIEF-Impulse an die Basis des Leistungstransistors 5.
Auf diese Weise schaltet der Leistungstransistor 5 ein
und aus, um auf der Sekundärseite
der Zündspule 3 eine
hohe Spannung zu erzeugen. Die Zündspule 3 umfaßt eine
Primärwicklung 6,
die mit einem Ende an die positive Elektrode der Batterie 1 und
mit dem anderen Ende an den Kollektor des Leistungstransistors 5 angeschlossen
ist, und eine Sekundärwicklung 7,
die mit dem hochspannungsseitigen Ende an ein Ende der Zündkerze 4 angeschlossen
ist und mit dem niederspannungsseitigen Ende an Masse oder an die
positive Elektrode der Batterie 1 angeschlossen ist.
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2 zeigt
die Betriebssignalformen dedes in 1 gezeigten
Zündsystems.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Zündsignal am Ausgang der ECU 2;
das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen durch die Primärwindung 6 der
Zündspule 3 fließenden Primärstrom;
und das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Sekundärspannung,
die in der Sekundärwicklung 7 der
Zündspule 3 erzeugt
wird und an die Zündkerze 4 angelegt
wird. Das Zündsignal 8 wird
HOCH zu einem geeigneten Zündzeitpunkt,
der durch die ECU 2 berechnet wird. Gleichzeitig beginnt
der Primärstrom
mit einer der Zeitkonstante für
die Induktion und dem Widerstand der Primärwicklung 6 entsprechenden
Verzögerung
zu fließen.
Anschließend
wird das Zündsignal 8 zu
einem geeigneten Zündzeitpunkt
b TIEF und der Primärstrom 9 wird
abgeschaltet, um an dem hochspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung 7 der
Zündspule 3 eine
Hochspannung zu erzeugen. Während
die Funkenentladung, die für
die Zündung
erforderlich ist, bei einer negativen Sekundärspannung auftritt, die während des
Beginns der Primärstromabschaltung
b erzeugt wird, wird außerdem
an der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 7 während des
Beginns der Stromzuführung
a eine positive Sperrspannung von etwa 1000 bis 2000 V induziert.
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3 zeigt
eine typische Konfiguration einer Zündspule 11 mit einer
die Gegenspannung sperrenden Diode, die in das hochspannungsseitige
Ende eingebettet ist. Die Zündspule 11 besitzt
eine Primärwicklung 12 und
eine Sekundärwicklung 13,
die mittels eines Eisenkerns magnetisch zusammengeschaltet sind.
Die Sekundärwicklung 13 hat
ein hochspannungsseitiges Ende, das über eine Hochspannungsdiode 15 an
ein Ende der Zündkerze 14 angeschlossen
ist, und ein niederspannungsseitiges Ende, das an Masse oder an
die positive Elektrode der Batterie angeschlossen ist. Bei dieser
Konfiguration wird eine Gegenspannung durch die Hochspannungsdiode 15,
die an dem hochspannungsseitigen Ende der Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11 angeschlossen
ist, gesperrt, so daß eine
während
des Beginns der Primärstromzuführung an
der Zündkerze 14 induzierte
Spannung auf einige zehn Volt gedrückt werden kann. Die Diode 15 unterliegt
immer einer Durchschlagspannung, einer Lichtbogenspannung bei der
Zündung
und einer hohen induzierten Spannung während des Beginns der Primärstromzuführung. Ferner
fließt
aufgrund der sekundären
Kapazität
in der Zündspule 11 durch
die Diode 15 ein kapazitiver Entladestrom. Demnach befindet
sich die Diode 15 in einer sehr rauben Umgebung.
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4 zeigt
die Konfiguration eines Zündsystems
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das in 4 gezeigte
Zündsystem
umfaßt
eine Batterie 16, eine ECU 17, eine Zündspule 18,
eine Zündkerze 19,
einen Leistungstransistor 20, und eine Zenerdiode 23.
Die Zündspule 18 umfaßt eine
Primärwicklung 21,
die mit einem Ende an die positive Elektrode der Batterie 16 und mit
dem anderen Ende an den Kollektor des Leistungstransistors 20 angeschlossen
ist, und eine Sekundärwicklung 22,
die mit dem hochspannungsseitigen Ende an ein Ende der Zündkerze 19 und
mit dem niederspannungsseitigen Ende an die Anode der Zenerdiode 23 angeschlossen
ist. Die Katode der Zenerdiode 23 ist an Masse oder an
ein Ende der Primärwicklung 21 (die
positive Elektrode der Batterie 16) angeschlossen. Die
vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerspannung
der Zenerdiode 23 auf einen Wert gesetzt ist, der etwas kleiner
ist als die induzierte Spannung, die während des Beginns der Primärstromzuführung erzeugt
wird.
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5 zeigt
ein Beispiel der Unterschiede der induzierten Spannung entsprechend
der Zenerspannung der Zenerdiode 23. das Bezugszeichen 24 bezeichnet
ein Zündausgangssignal
von ECU 17; das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen
Primärstrom; das
Bezugszeichen 26 bezeichnet eine sekundäre Spannung für den Fall,
daß das
sekundäre
niederspannungsseitige Ende der Zündspule 18 direkt
an Masse angeschlossen ist; das Bezugszeichen 27 bezeichnet
eine sekundäre
Spannung für
den Fall, daß das
sekundäre
niederspannungsseitige Ende der Zündspule 18 an die
Zenerdiode 23 mit einer Zenerspannung von 400 V angeschlossen
ist; das Bezugszeichen 28 bezeichnet einen sekundären Spannungsverlauf
für den
Fall, daß das
sekundäre
niederspannungsseitige Ende der Zündspule 18 an die
Zenerdiode 23 mit einer Zenerspannung von 800 V angeschlossen
ist; und das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen sekundären Spannungsverlauf für den Fall, daß das sekundäre niederspannungsseitige
Ende der Zündspule 18 an
eine Zenerdiode mit einer Zenerspannung von 2000 V angeschlossen
ist. Solange die induzierte Spannung von den Spezifikationen der Zündspule
abhängt,
kann die induzierte Spannung durch Auswahl der Zenerspannung geändert werden.
Demnach kann eine Fehlzündung,
die möglicherweise
durch die Sperrspannung in der Zündkerze
erzeugt wird, durch den Einsatz einer Zenerdiode, die eine Spannungsfestigkeit
kleiner als die induzierte Spannung besitzt, verhindert werden.
Zum Beispiel beträgt
die Sekundärspannung
1400 V für
den Fall, daß die
Batteriespannung 14 V beträgt
und das Windungsverhältnis
in der Spule den Wert 100 hat. Unter der Annahme, daß die Zündspannung
1000 V oder mehr beträgt,
ist es gemäß der Theorie
von Paschen und der Praxis in einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschineausreichend,
eine Zenerdiode mit einer Zenerspannung von 400 V oder höher zu wählen. Wenn
ferner angenommen wird, daß die
Zündspannung
300 V oder mehr beträgt,
ist es ausreichend, eine Zenerdiode mit einer Zenerspannung von
1100 V oder höher
zu wählen.
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Die Vorteile der bevorzugten Ausführungsform
mit der obigen Konfiguration werden nun beschrieben.
- (a) Die Diode wird nicht durch den kapazitiven Entladestrom
beeinflußt.
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Für
den Fall, daß in
das hochspannungsseitige Ende der Zündspule eine Hochspannungsdiode eingebettet
ist, wird die Hochspannungsdiode durch die Last und die Wärme aufgrund
des kapazitiven Entladestroms beeinflußt. Die Zenerdiode 23 wird
in dieser bevorzugten Ausführungsform
indes kaum beeinflußt.
- (b) Die Diode unterliegt keiner Hochspannung.
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Für
den Fall, daß in
das hochspannungsseitige Ende der Zündspule eine Hochspannungsdiode eingebettet
ist, unterliegt die Hochspannungsdiode immer einer Durchschlagspannung
und einer Lichtbogenspannung aufgrund der Zündung und einer induzierten
Spannung während
des Beginns der Primärstromzuführung. In
der bevorzugten Ausführungsform
unterliegt die Zenerdiode aber nur während des Beginns der Primärstromzuführung einer
induzierten Spannung. Somit ergibt sich ein Vorteil im Hinblick
auf eine Verschlechterung.
- (c) Reduktion der
Größe der Vorrichtung
durch den Einsatz einer Niederspannungs-Zenerdiode.
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Für
den Fall, daß in
das hochspannungsseitige Ende der Zündspule eine Hochspannungsdiode eingebettet
ist, ist eine Hochspannungsdiode wesentlich, um die induzierte Spannung
während
des Beginns der Primärstromzuführung zu
blockieren und einer Zündkerzenabschaltspannung
standzuhalten. Da jedoch an das sekundäre niederspannungsseitige Ende
der Zündspule
in der bevorzugten Ausführungsform
eine Zenerdiode angeschlossen ist, ist eine solche Hochspannungszenerdiode
nicht ausdrücklich
erforderlich, da die Zenerdiode bei einer Spannung unterhalb der
Zenerspannung leitend wird. Ferner kann in dem Fall, daß beabsichtigt
ist, eine Fehlzündung
der Zündkerze
aufgrund einer induzierten Spannung während des Beginns der Primärstromzuführung zu
verhindern, die Fehlzündung der
Zündkerze
durch Wählen
eines geeigneten Werts der Zenerspannung kleiner als die induzierte
Spannung verhindert werden. Folglich kann eine Diode mit kleinerer
Spannungsfestigkeit verwendet werden, wodurch die Schaffung einer
Zündvorrichtung
mit Vorteilen im Hinblick auf die Kosten und den Bauraum möglich gemacht
wird.
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Die an der sekundären Niederspannungsseite der
Zündspule
gemäß der vorliegenden
Erfindung angebrachte Zenerdiode kann in die Zündspule eingebettet oder im
Zündsystem
montiert sein.
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Die vorliegende Erfindung ist besonders
effektiv in einem unabhängigen
Zündsystem,
derart, daß eine
einzelne Zündkerze
und eine einzelne Zündspule
für jeden
Zylinder bereitgestellt werden. In einer gesonderten Zündvorrichtung,
derart, daß sie
in einem Motor mit zwei oder mehr Zylindern nicht für jede Zündspule
eingebettet ist, können
die niederspannungsseitigen Enden der Sekundärwicklungen aller Zündspulen
gemeinsam über
die obenerwähnte Zenerdiode
an Masse oder an ein Ende jeder Primärwicklung (der positiven Elektrode
der Batterie) angeschlossen sein. Auf diese Weise wird eine Reduzierung
der Teileanzahl und der Kosten ermöglicht.
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Gemäß der obenbeschriebenen vorliegenden
Erfindung kann eine während
des Beginns der Primärstromzuführung erzeugte
induzierte Spannung auf einen Wert kleiner als jener, der in dem
Fall, in dem eine eine Gegenspannung sperrende Diode nicht eingesetzt
wird, unterdrückt
werden. Auf diese Weise wird eine Fehlzündung der Zündkerze aufgrund der induzierten
Spannung verhindert. Ferner ist es durch den Gebrauch einer Niederspannungszenerdiode
möglich,
eine Zündvorrichtung
mit Vorteilen im Hinblick auf Kosten und Bauraum zu schaffen.