EP1238195A2 - Steuerbare zündschaltung - Google Patents

Steuerbare zündschaltung

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EP1238195A2
EP1238195A2 EP00984610A EP00984610A EP1238195A2 EP 1238195 A2 EP1238195 A2 EP 1238195A2 EP 00984610 A EP00984610 A EP 00984610A EP 00984610 A EP00984610 A EP 00984610A EP 1238195 A2 EP1238195 A2 EP 1238195A2
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EP
European Patent Office
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ignition
circuit
coil
voltage
pulse
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EP00984610A
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English (en)
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EP1238195B1 (de
Inventor
Carl Maria Prof. Dr. Fleck
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Individual
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Publication date
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Publication of EP1238195A2 publication Critical patent/EP1238195A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1238195B1 publication Critical patent/EP1238195B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/05—Layout of circuits for control of the magnitude of the current in the ignition coil
    • F02P3/051—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to an ignition circuit according to the preamble of claim 1.
  • an electronic switch is connected in parallel with the capacitor and is controlled by a single pulse from the pulse generator.
  • the electronic switch When the electronic switch is switched on, there is a short circuit in the capacitor and thereby a rapid breakdown of the voltage across the capacitor, as a result of which there is a rapid increase in the current flow through the primary winding of the ignition coil designed as an economy transformer.
  • This causes a single ignition voltage pulse on the secondary side of the ignition coil, which should be sufficient to ignite a spark between the two electrodes of a spark plug.
  • the breakdown voltage of the distance between the two electrodes of a spark plug increases with the pressure to which the gas mixture located between the electrodes is exposed. This results in high-compression spark-ignition internal combustion engines, e.g. with gas engines, significant problems. With such engines, misfiring occurs again and again unless extremely high ignition voltages are applied to the spark plugs. At such high ignition voltages, however, a correspondingly high energy is also stored in the ignition coil, which for the most part flows over the spark after each ignition of the spark gap of the spark plug.
  • the after the interruption flows electronic switch the stored energy in the capacitor. The next time the switch is turned on, this process is repeated, but there is practically no rise in the ignition voltage. If the ignition voltage is just due to the spark for igniting the given condition of the electrodes of the spark plug and the pressures provided in the combustion chamber of the internal combustion engine, irregular fluctuations occur due to the fluctuations in the pressure and the supply voltage, and thus an uneven run the internal combustion engine and thus to a significant loss in performance of the same.
  • EP 0 070 572 discloses an ignition system in which the primary winding of the transformer is part of an LC resonant circuit, which in turn is connected in series with a transistor acting as a chopper or switch and a resistor.
  • the transistor is driven with pulse trains with individual pulses modulated in their duration, so that the spark plugs are fed with ignition pulse trains with individual ignition pulses with modulated energy.
  • an ignition spark does not develop, a considerable amount of the energy stored on the secondary side of the transformer is lost for a subsequent ignition.
  • the intended chopper is not suitable for the formation of firing sequences as are necessary for the formation of a plasma as described below.
  • WO 98/19066 describes an ignition system in which the primary coil of a transformer is part of an oscillating circuit in which a capacitor and a discharge switch are arranged.
  • the resonant circuit is excited in an externally controlled manner.
  • the first ignition takes place by discharging a capacitor after closing a discharge switch.
  • By excitation of the resonant circuit during the "jerking”, enough energy is introduced to maintain the ignition spark for an arbitrarily long time.
  • the ignition frequency is thus tied to the natural frequency of the resonant circuit and can therefore hardly be varied, in particular a circuit is not required in this embodiment suitable to generate successive ignition pulses very quickly.
  • the primary winding of an ignition coil is used on the one hand to transform the ignition energy stored in a storage capacitor to the high value required for the ignition, but on the other hand also to transform the DC voltage supplied by a battery to the ignition energy to be stored in the capacitor , This is also realized by using switching transistors, however, of phase-shifted pulse trains with a constant duty cycle.
  • the aim of this invention is to replace the voltage converter, which has the task of converting the DC voltage originating from the on-board electrical system battery into the substantially higher DC charging voltage, so as to make the ignition system more compact and with a smaller number of components.
  • the proposed circuit is not suitable for using the energy stored on the secondary side of the transformer for a subsequent ignition if the formation of an ignition spark should not take place.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose an ignition circuit of the type mentioned at the outset which ensures reliable ignition even in the case of high-compression internal combustion engines and in which there is only a low current load on the electrodes of the spark plugs.
  • the circuit should be suitable for supplying ignition pulses which bring about ionizations in the fuel mixture, even if no ignition initially occurs, and thus initiate plasma formation before the actual ignition occurs.
  • the duty cycle of the firing order should be variable and the energy stored in the transformer should be returned to suitable storage capacitors if the firings have not taken place.
  • the proposed measures ensure that several ignition pulses can be generated during the intended ignition duration. This increases the likelihood of a successful ignition.
  • the primary winding of the ignition coil is connected in the shunt arm of a bridge circuit consisting of a series connection of two identical electronic switches and a series connection of two capacitors, whereby to a diode is connected antiparallel to each of the electronic switches and a pulse generator applies a plurality of pulses, each phase-shifted by 180 °, to the electronic switches during the intended ignition duration.
  • This also has the very significant advantage that, if there is no ignition spark between the electrodes, a large part of the energy in the circuit is stored in the circuit and is also available for the next ignition pulse. This also ensures that an ignition spark is formed during the intended ignition duration even under difficult ignition conditions.
  • the capacitors can be charged via the supply voltage of the circuit if there is no sparking between the electrodes of the spark plug supplied by the ignition circuit during the first ignition pulse ,
  • This slow palpation of the field strength in the individual pulses leads to the preparation of the ignition spark, since the preliminary spark ("streamer") which forms with the first pulses leads to an increased formation of ions which are not broken down in the short pauses between the voltage pulses can.
  • the ignition circuit according to the invention in contrast to the conventional ignition circuits in which only a single ignition pulse is generated during the intended ignition duration, results in a significantly higher level of ignition reliability even under very difficult ignition conditions, such as are the case with externally ignited high-compression engines.
  • Another advantage of the ignition circuit according to the invention lies in the fact that the ignition current, with the spark already ignited, between the electrodes of the spark plug can be controlled by changing the frequency and the width of the pulses driving the switches. This makes it possible to protect the electrodes of the spark plug to a very large extent, since a very considerable reduction in the ignition current is possible during the duration of the spark and the wear on the electrodes can be significantly reduced.
  • the large number of intermediate sparks generated during the ignition duration also results in a higher burning rate of the gas mixture in a cylinder of an internal combustion engine, which increases its efficiency.
  • the number of intermediate sparks increases with increasing frequency of the pulses driving the switches.
  • a plasma cloud remains in the area of the electrodes of the spark plug, making it much easier to re-ignite a spark.
  • This also enables a large opening angle directed towards the interior of the combustion chamber, e.g. 60 to 90 ° between the electrodes of the spark plug. With a large opening angle of the electrodes, a spark that burns between them is driven towards the interior of the combustion chamber due to the electromagnetic forces caused by the current flow, thereby facilitating ignition of the combustible mixture in the combustion chamber.
  • larger electrode spacings can be provided than in conventional ignition circuits, since there is a considerably higher degree of ignition reliability due to the large number of ignition pulses that are generated during the intended ignition duration.
  • the proposed circuit also has the advantage that part of the energy stored in the ignition coil after the ignition of a spark between the electrodes of a spark plug into the capacitors flows back, which leads to a rapid decrease in the ignition current and thus the load on the electrodes of the spark plug. This also results in a correspondingly increased service life for the spark plug.
  • the features of claim 4 result in the advantage that the ignition spark is driven against the interior due to the electrodes that can be opened against the combustion chamber, and thereby better ignition of the mixture is achieved.
  • the features of claim 6 also achieve a reduction in the ignition current after ignition.
  • Fig. 1 is a circuit diagram of the circuit according to the invention.
  • FIG. 2 shows diagrams of the voltage profiles at different points of the circuit according to FIG. 1.
  • the circuit shown has a control part 1, which is essentially designed as a frequency divider, which at its two outputs II, III by 180 ° delivers phase-shifted signal trains. These signal trains result with respect to ground or a further connection 2, which is connected to a pole of the primary winding L1 of an ignition coil 3.
  • This pole of the primary winding L1 is also connected to a center connection of a series circuit formed from two electronic switches T1, T2, the control electrodes of which are connected to the outputs II and III of the control part 1.
  • This series connection of the two electronic switches T1, T2 is connected to ground GND and to a voltage source U, which preferably supplies a controllable voltage of 12 to 300 V DC.
  • a diode D1, D2 is connected antiparallel to each electronic switch T1, T2, preferably very rapidly switching diodes are provided.
  • a series connection of two capacitors C2, C3 is also connected in parallel with the series connection of the two electronic switches T1, T2, to the center connection of which the second pole of the primary winding L1 of the ignition coil 3, which is designed as a full transformer and is preferably provided with a ferrite core, is connected.
  • a storage capacitor C1 is provided, which is also connected to the voltage source U.
  • One pole of the secondary coil L2 of the ignition coil 3 is connected to ground via a resistor R1 and the second pole is connected to an electrode of a spark plug 4, the second electrode of which is connected to ground.
  • a sensor 6 for detecting the ignition current is provided, which is connected to a control circuit 5 connected is.
  • This is supplied with a signal train VIII (Fig. 2), which enables the delivery of control pulses I to the control part 1 at a certain point in time and for a certain period of time.
  • the control circuit 5 is loaded with a signal train IX. Within the time period for the delivery of control pulses I, this defines a time period after which the setpoint value for the ignition current is reduced.
  • a pulse train is applied to input I of control part 1 during a predetermined ignition duration, the pulse duty factor of which, as can be seen from FIG. 2, decreases over the ignition duration. It can also be provided to change the frequency of this pulse train over the ignition duration, in particular to reduce it over the ignition duration.
  • the pulse train I causes the pulse trains II, III (FIG. 2) at the outputs II, III of the control part 1, which are phase-shifted from each other by 180 ° and whose pulse duration and frequency depends on the pulse train I.
  • pulse trains II, III effect a corresponding switching of the electronic switches T1, T2. If the switch T1 is switched through, there is a current flow via the primary coil L1 from point IV in the direction of point V of the ignition coil 3 and the capacitor C2 is discharged and the capacitor C3 is charged to the voltage of the voltage source U.
  • the voltage induced in the secondary coil L2 of the ignition coil 3 does not have to be sufficient to ignite a spark between the electrodes of the spark plug 4, as shown in diagram VI, which shows the ignition current through the spark plug 4.
  • the capacitors are recharged during the entire intended ignition duration and thus, due to the associated current flows via the primary coil L1 of the ignition coil 3, to induce voltage peaks with alternating Polarity.
  • the ignition current that is formed can be rapidly reduced, thereby protecting the spark plug 4 and ensuring a long service life.
  • the detection of the ignition current by the sensor 6 is used, the signal of which influences the pulse trains II, III output by the control circuit 5, the pulse width of the signal trains II, III being reduced in the event of an excessively high ignition current in order to reduce the ignition current.

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Abstract

Zündschaltung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, insbesondere einer hochverdichtenden Brennkraftmaschine, mit einer sekundär mit einer Zündkerze (4) verbundenen Zündspule (3), deren Primärwicklung (L1) mit einem elektronischen Schalter (T1, T2) in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltung mit einer Gleichspannungsquelle (U) verbunden ist, dessen Steuerelektrode mit einem Impulsgeber (1) verbunden ist, der während einer vorgesehenen Zünddauer mindestens einen Steuerimpuls liefert. Um ein hohes Mass an Zündsicherheit zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Zündspule (3) als Volltransformator ausgebildet ist, deren Primärwicklung (L1) im Querzweig einer Brückenschaltung geschaltet ist, deren einer Zweig aus einer Reihenschaltung zweier gleichartiger elektronischen Schalter (T1, T2) gebildet ist, wobei zu den elektronischen Schaltern (T1, T2) jeweils eine Diode (D1, D2) antiparallel geschaltet ist und der Impulsgeber (1) während der vorgesehenen Zünddauer die elektronischen Schalter (T1, T2) mit mehreren um jeweils 180 DEG phasenverschobenen Impulsen beaufschlagt.

Description

Steuerbare Zündschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei bekannten derartigen Zündschaltungen ist ein elektronischer Schalter parallel zum Kondensator geschaltet und wird durch jeweils einen einzigen Impuls des Impulsgebers angesteuert. Beim Durchschalten des elektronischen Schalters kommt es zu einem Kurzschluß es Kondensators und dadurch zu einem raschen Zusammenbruch der Spannung über dem Kondensator, wodurch es zu einem raschen Anstieg des Stromflusses übe die Primärwicklung der als Spartrafo ausgebildeten Zündspule kommt. Dies bewirkt einen einzigen Zündspannungsimpuls an der Sekundärseite der Zündspule, der zum Zünden eines Funkens zwischen den beiden Elektroden einer Zündkerze ausreichen sollte .
Die Durchschlagspannung der Strecke zwischen den beiden Elektroden einer Zündkerze steigt mit dem Druck, dem das zwischen den Elektroden befindlichen Gasgemisches ausgesetzt ist. Dadurch ergeben sich bei hochverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, wie z.B. bei Gasmotoren, erhebliche Probleme. Bei solchen Motoren kommt es immer wieder zu Zündaussetzern, wenn nicht extrem hohe Zündspannungen an die Zündkerzen gelegt werden. Bei solchen hohen Zündspannungen wird aber auch eine entsprechend hohe Energie in der Zündspule gespeichert, die nach jedem Zünden der Funkenstrecke der Zündkerze zum größten Teil über den Funken abfließt.
Dabei ergeben sich jedoch entsprechend hohe Zündströme, die zu einem raschen Verschleiß der Elektroden der Zündkerze führen.
Reicht die Zündspannung jedoch aufgrund des Druckes und bzw. oder der Abnutzung der Zündkerze nicht zur Ausbildung eines Funkens aus, so fließt nach dem Unterbrechen des elektronischen Schalters die gespeicherte Energie in den Kondensator. Beim nächsten Durchschalten des Schalters wiederholt sich dieser Vorgang, wobei es jedoch praktisch zu keinem Anstieg der Zündspannung kommt. Liegt die Zündspannung gerade an der für ein Zünden eines Funkens bei dem jeweils gegebenen Zustand der Elektroden der Zündkerze und den vorgesehenen Drücken im Brennraum der Brennkraftmaschine, so kommt es aufgrund der Schwankungen des Druckes und der Speisespannung zu einem unregelmäßigen Zünden und damit zu einem unruhigen Lauf der Brennkraftmaschine und damit zu einem erheblichen Leistungsverlust derselben.
So offenbart etwa EP 0 070 572 ein Zündsystem, bei dem die Primärwicklung des Transformators Teil eines LC- Schwingkreises ist, der wiederum in Serie mit einem als Zerhacker bzw. Schalter wirkenden Transistor und einem Widerstand geschalten ist. Der Transistor wird dabei mit Impulsfolgen mit in ihrer Dauer modulierten Einzelimpulsen angesteuert, sodass die Zündkerzen mit Zündimpulsfolgen mit in ihrer Energie modulierten Einzel -Zündimpulsen gespeist werden. Falls es allerdings nicht zu einer Ausbildung eines Zündfunkens kommen sollte, geht bei diesem Aufbau die auf der Sekundärseite des Transformators gespeicherte Energie für eine darauffolgende Zündung zu einem erheblichen Teil verloren. Weiters eignet sich der vorgesehene Zerhacker nicht für die Formierung von Zündfolgen, wie sie zur Ausbildung eines Plasmas wie im folgenden beschrieben notwendig sind.
In EP 0 942 519 AI werden Maßnahmen auf der Sekundärseite eines Transformators einer Zündanlage vorgeschlagen, durch die bei zwei vorgesehenen Gleichrichtertransistoren die Verwendung von Dioden vermieden wird, was die Effizienz der Zündanlage erhöht. Insbesondere wird die Sekundärseite des Transformators in Form zweier getrennter Sekundärwindungen ausgeführt . Die Primärwicklung des für die Zündung verwendeten Transformators befindet sich dabei im Querzweig einer Halbbrückenschaltung, in der außerdem auch zwei Schaltelemente vorgesehen sind. Diese Ausführung ist allerdings nicht dazu geeignet, rasche Zündfolgen, bei denen die einzelnen Zündimpulse innerhalb von Mikrosekunden aufeinanderfolgen, mit variablem Tastverhältnis zu generieren. Insbesondere ist keine entsprechende Abstimmung der Kapazitäten mit der Induktivität der Zündspule in Verbindung mit der Frequenz der vom Impulsgeber gelieferten Impulse zur Ansteuerung von Transistoren vorgesehen. Schließlich eignet sich diese Schaltung nicht dazu Hochspannungsimpulse zu erzeugen, weil die auf der Sekundärseite verwendeten FETs nicht hochspannungsverträglich sind.
WO 98/19066 beschreibt ein Zündsystem, bei dem die Primärspule eines Transformators Bestandteil eines Schwingkreises ist, in dem ein Kondensator und ein Entladeschalter angeordnet sind. Der Schwingkreis wird extern kontrolliert angeregt. Die erste Zündung erfolgt durch Entladung eines Kondensators nach Schließen eines Entladeschalters. Durch Anregung des Schwingkreises während des „Ruckschwingens" wird genug Energie eingebracht, um den Zündfunken über eine beliebig lange Zeit aufrechtzuerhalten. Die Zündfrequenz ist somit an die Eigenfrequenz des Schwingkreises gebunden und kann somit kaum variiert werden, insbesondere ist eine Schaltung in dieser Ausführungsform nicht dazu geeignet, sehr rasch aufeinanderfolgende Zündimpulse zu erzeugen.
In DE 40 09 145 AI wird die Primärwicklung einer Zündspule einerseits dazu verwendet, die in einem Speicherkondensator gespeicherte Zündenergie auf den für die Zündung erforderlichen hohen Wert zu transformieren, andererseits aber auch die von einer Batterie gelieferte Gleichspannung auf die im Kondensator zu speichernde Zündenergie zu transformieren. Das wird ebenfalls durch Verwendung von Schalttransistoren realisiert, die von phasenverschobenen Impulszügen, allerdings mit gleichbleibendem Tastverhältnis, angesteuert werden. Ziel dieser Erfindung ist es, den Spannungswandler, der die Aufgabe hat, die aus der Bordnetzbatterie stammende Gleichspannung in die wesentlich höhere Ladegleichspannung umzuwandeln, zu ersetzen, um so die Zündanlage kompakter und mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen auszustatten. Die vorgeschlagene Schaltung ist allerdings nicht dazu geeignet, die auf der Sekundärseite des Transformators gespeicherte Energie für eine darauffolgende Zündung zu verwenden, falls die Ausbildung eines Zündfunkens unterbleiben sollte.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Zündschaltung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die auch bei hochverdichtenden Brennkraftmaschinen ein sicheres Zünden sicherstellt und bei der es nur zu einer geringen Strombelastung der Elektroden der Zündkerzen kommt. Insbesondere soll die Schaltung dazu geeignet sein Zündimpulse zu liefern, die im Kraftstoffgemisch, auch wenn zunächst keine Zündung eintritt, Ionisationen herbeiführen und somit Plasmabildung einleiten, bevor es zur eigentlichen Zündung kommt. Das Tastverhältnis der Zündfolge soll dabei variabel sein und die im Transformator gespeicherte Energie bei nicht erfolgten Zündungen in geeignete Speicherkondensatoren rückführbar .
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Zündschaltung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht .
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, dass während der vorgesehenen Zünddauer mehrere Zündimpulse erzeugt werden können. Auf diese Weise erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Zündung. Die Primärwicklung der Zündspule ist dabei im Querzweig einer aus einer Reihenschaltung zweier gleichartiger elektronischen Schalter und einer Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren bestehenden Brückenschaltung geschaltet, wobei zu den elektronischen Schaltern jeweils eine Diode antiparallel geschaltet ist und ein Impulsgeber während der vorgesehenen Zünddauer die elektronischen Schalter mit mehreren um jeweils 180° phasenverschobenen Impulsen beaufschlagt. Dabei ergibt sich auch der sehr wesentliche Vorteil, dass bei unterbliebener Ausbildung eines Zündfunkens zwischen den Elektroden eine Zündkerze die Energie in der Schaltung zu einem erheblichen Teil gespeichert wird und für den nächsten Zündimpuls zusätzlich zur Verfügung steht. Dadurch ist auch sichergestellt, dass es während der vorgesehenen Zünddauer auch unter schwierigen Zündbedingungen zur Ausbildung eines Zündfunkens kommt .
Bei einer entsprechende Abstimmung der Kapazitäten mit der Induktivität der Zündspule in Verbindung mit der Frequenz der vom Impulsgeber gelieferten Impulse können die Kondensatoren über die VersorgungsSpannung der Schaltung aufgeladen werden, wenn es beim ersten Zündimpuls zu keiner Funkenbildung zwischen den Elektroden der von der Zündschaltung versorgten Zündkerze kommt. Dieses langsame Auftasten der Feldstärke in den einzelnen Impulsen führt zu einer Vorbereitung des Zündfunkens, da die sich bereits bei den ersten Impulsen bildenden Vorfunken („streamer") zu einer vermehrten Bildung von Ionen führen, die in den kurzen Pausen zwischen den Spannungsimpulsen nicht abgebaut werden können.
Dadurch ergibt sich durch die erfindungsgemäße Zündschaltung zum Unterschied zu den herkömmlichen Zündschaltungen, bei denen während der vorgesehenen Zünddauer lediglich ein einziger Zündimpuls erzeugt wird, eine wesentlich höhere Zündsicherheit auch bei sehr schwierigen Zündbedingungen, wie sie eben bei fremdgezündeten hochverdichtenden Motoren gegeben sind.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zündschaltung liegt in dem Umstand, dass der Zündstrom, bei bereits gezündetem Funken zwischen den Elektroden der Zündkerze mittels einer Änderung der Frequenz und der Breite der die Schalter ansteuernden Impulse gesteuert werden kann. Dadurch ist eine sehr weitgehende Schonung der Elektroden der Zündkerze möglich, da eben während der Brenndauer des Zündfunkens eine sehr erhebliche Reduzierung des Zündstromes möglich ist und dadurch der Verschleiß der Elektroden wesentlich reduziert werden kann.
Durch die während der Zünddauer erzeugte Vielzahl an Zwischenfunken ergibt sich auch eine höhere Brenngeschwindigkeit des Gasgemisches in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, wodurch sich deren Wirkungsgrad erhöht. Dabei steigt die Zahl der Zwischenfunken mit steigender Frequenz der die Schalter ansteuernden Impulse.
Aufgrund der großen Zahl von Zündfunken, die während der Zünddauer mit einer Frequenz zwischen 100 kHz und 500 kHz erzeugt werden bzw. zur Ausbildung kommen, verbleibt eine Plasmawolke im Bereich der Elektroden der Zündkerze, wodurch ein Wiederzünden eines Funkens wesentlich erleichtert wird. Dies ermöglicht es auch einen großen, gegen das Innere des Brennraumes gerichteten Öffnungswinkel von z.B. 60 bis 90° zwischen den Elektroden der Zündkerze vorzusehen. Bei einem großen Öffnungswinkel der Elektroden wird ein zwischen diesen brennender Funke gegen das Innere des Brennraumes aufgrund der durch den Stromfluß bedingten elektromagnetischen Kräfte getrieben und dadurch ein Durchzünden des brennbaren Gemisches im Brennraum erleichtert. Außerdem können auch größere Elektrodenabstände als bei herkömmlichen Zündschaltungen vorgesehen werden, da eben eine wesentlich höhere Zündsicherheit aufgrund der Vielzahl an Zündimpulsen gegeben ist, die während der vorgesehenen Zünddauer erzeugt werden.
Aufgrund der vorgeschlagenen Schaltung ergibt sich auch der Vorteil, dass ein Teil der in der Zündspule gespeicherten Energie nach dem Zünden eines Funkens zwischen den Elektroden einer Zündkerze in die Kondensatoren zurückfließt, wodurch es zu einer raschen Abnahme des Zündstromes und damit der Belastung der Elektroden der Zündkerze kommt. Dadurch ergibt sich auch eine entsprechend erhöhte Lebensdauer für die Zündkerze.
Um die Verluste gering zu halten, ist es vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 2 vorzusehen.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ist es auf einfache Weise möglich die momentane Speisespannung zu erhöhen, wobei die dazu nötige Energie aus der bei nicht erfolgter Zündung gespeicherten Energie bereitgestellt wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich de Vorteil, dass der Zündfunken aufgrund der sich gegen den Brennraum zu öffnenden Elektroden gegen dessen Inneres getrieben wird und dadurch eine bessere Zündung des Gemisches erreicht wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 ist es möglich, die Belastung der Zündkerze gering zu halten und den Zündstrom durch Verminderung der Pulsdauer der die Schalter der Brückenschaltung ansteuernden Impulse nach erfolgter Zündung zu vermindern, wodurch der Zündstrom und damit die Belastung der Elektroden der Zündkerzen vermindert wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 wird ebenfalls eine Verminderung des Zündstromes nach erfolgter Zündung erreich .
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung und
Fig. 2 Diagramme der Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1.
Die dargestellte Schaltung weist einen Steuerteil 1 auf, der im wesentlichen als Frequenzteiler ausgebildet ist, der an seinen beiden Ausgängen II, III um 180° phasenverschobene Signalzüge liefert. Dabei ergeben sich diese Signalzüge in Bezug auf Masse bzw. einen weiteren Anschluß 2, der mit einem Pol der Primärwicklung Ll einer Zündspule 3 verbunden ist.
Dieser Pol der Primärwicklung Ll ist weiters mit einem Mittelanschluß einer aus zwei elektronischen Schaltern Tl, T2 gebildeten Serienschaltung verbunden, deren Steuerelektroden mit den Ausgängen II und III des Steuerteiles 1 verbunden sind.
Diese Serienschaltung der beiden elektronischen Schalter Tl, T2 ist an Masse GND und an eine Spannungsquelle U angeschlossen, die vorzugsweise eine regelbare Spannung von 12 bis 300V Gleichspannung liefert.
Zu jedem elektronischen Schalter Tl , T2 ist eine Diode Dl, D2 antiparallel geschaltet, wobei vorzugsweise sehr rasch schaltende Dioden vorgesehen sind.
Zu der Serienschaltung der beiden elektronischen Schalter Tl, T2 ist weiters eine Reihenschaltung zweier Kondensatoren C2 , C3 parallel geschaltet, an deren Mittelanschluß der zweite Pol der Primärwicklung Ll der als Volltransformator ausgebildeten Zündspule 3 angeschlossen ist, die vorzugsweise mit einem Ferritkern versehen ist.
Weiters ist ein Speicherkondensator Cl vorgesehen, der ebenfalls an die Spannungsquelle U angeschlossen ist.
Es ergibt sich somit, dass die Serienschaltungen der elektronischen Schalter Tl, T2 , bzw. der Kondensatoren C2 , C3 zwei Zweige einer Brückenschaltung bilden, in deren Querzweig die Primärspule Ll der Zündspule 3 geschaltet ist.
Ein Pol der Sekundärspule L2 der Zündspule 3 ist über einen Widerstand Rl mit Masse und der zweite Pol mit einer Elektrode einer Zündkerze 4 verbunden, deren zweite Elektrode mit Masse verbunden ist.
Weiters ist ein Fühler 6 zur Erfassung des Zündstromes vorgesehen, der mit einer Regelschaltung 5 verbunden ist. Diese ist mit einem Signalzug VIII (Fig. 2) versorgt, der die Abgabe von Steuerimpulsen I an den Steuerteil 1 zu einem bestimmten Zeitpunkt und für eine bestimmte Zeitdauer ermöglicht. Weiters ist der Regelschaltung 5 mit einem Signalzug IX beaufschlagt. Dieser legt innerhalb der Zeitspanne für die Abgabe von Steuerimpulsen I eine Zeitspanne fest, nach der der Sollwert für den Zündstrom reduziert wird.
Weiters besteht auch die Möglichkeit, die Regelschaltung 5 mit einem Impulszug X zu beaufschlagen, der innerhalb der durch den Impulszug VIII festgelegten Zeitspanne den Sollwert für den Zündstrom entsprechend einer festgelegten Kurve reduziert.
Im Betrieb wird während einer vorgegebenen Zünddauer an den Eingang I des Steuerteiles 1 ein Impulszug gelegt, dessen Tastverhältnis, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, über die Zünddauer abnimmt. Dabei kann auch vorgesehen sein, die Frequenz dieses Impulszuges über die Zünddauer zu verändern, insbesondere über die Zünddauer zu vermindern.
Der Impulszug I bewirkt an den Ausgängen II, III des Steuerteiles 1 die Impulszüge II, III (Fig. 2), die gegeneinander um 180° phasenverschoben sind und deren Impulsdauer und Frequenz vom Impulszug I abhängt.
Diese Impulszüge II, III bewirken ein entsprechendes Durchschalten der elektronischen Schalter Tl, T2. Wird der Schalter Tl durchgeschaltet, so kommt es zu einem Stromfluß über die Primärspule Ll von Punkt IV in Richtung Punkt V der Zündspule 3 und zu einem Entladen des Kondensators C2 und einem Aufladen des Kondensators C3 auf die Spannung der Spannungsquelle U.
Die dabei in der Sekundärspule L2 der Zündspule 3 induzierte Spannung muss dabei, wie das Diagramm VI, das den Zündstrom über die Zündkerze 4 zeigt, nicht zur Zündung eines Funkens zwischen den Elektroden der Zündkerze 4 ausreichen.
Nach dem Abschalten des Schalters Tl und Durchschalten des Schalters T2 aufgrund der Impulszüge II, III kommt es zur Ausbildung eines Stromflusses über die Primärspule Ll der Zündspule 3 in der Gegenrichtung, d.h. von Punkt V zu Punkt IV und zum Aufladen des Kondensators C2 und Entladen des Kondensators C3. Aufgrund der in der Zündspule zuvor gespeicherten Energie kann es dabei zu einem Aufladen der Kondensatoren C2 , C3 über die Spannung der Spannungsquelle U hinaus kommen. Voraussetzung dafür ist eine entsprechende Abstimmung der Frequenz und des Tastverhältnisses der Impulszüge II und III sowie der Kapazität der Kondensatoren C2 , C3 und der Induktivität der Zündspule 3.
Dadurch erhöht sich auch der Stromfluss über die Primärspule Ll der Zündspule 3 und damit die in deren Sekundärspule L2 induzierte Spannung, die im wesentlichen mit jeder Umschaltung der Schalter Tl, T2 ansteigt, bis die induzierte Spannung ausreicht, um einen Funken zwischen den Elektroden der Zündkerze 4 auszulösen.
Zündet ein Funke zwischen den Elektroden der Zündkerze 4, so bewirkt der sich ausbildende Zündstrom (Diagramm VII), der auch die Sekundärspule L2 durchfließt, eine entsprechende Rückwirkung auf die Primärspule Ll der Zündspule 3 und es wird Energie in die Schaltung zurück geliefert, wodurch der Zündstrom, der die Elektroden der Zündkerze 4 belastet, sinkt.
Da die Beaufschlagung der Schalter Tl, T2 mit den Impulszügen während der gesamten vorgesehenen Zünddauer aufrecht bleibt, kommt es während der gesamten vorgesehenen Zünddauer zu Umladungen der Kondensatoren und damit aufgrund der damit verbundenen Stromflüsse über die Primärspule Ll der Zündspule 3 zum Induzieren von Spannungsspitzen mit wechselnder Polarität .
Da nach dem Zünden eines Funkens zwischen den Elektroden der Zündkerze 4 eine Plasmawolke in diesem Bereich verbleibt, genügt ein relativ kleiner Spannungsimpuls, um erneut einen Funken zu zünden, wie dies aus den Diagrammen VI, VII der Fig. 2 ersichtlich ist.
Durch entsprechende Anpassung der Frequenz und des Tastverhältnisses der Impulszüge II, III kann der sich dabei ausbildende Zündstrom rasch reduziert und dadurch eine Schonung, bzw. eine lange Lebensdauer der Zündkerze 4 erreicht werden. Dazu dient die Erfassung des Zündstromes durch den Fühler 6, wobei dessen Signal die durch die Regelschaltung 5 abgegebenen Impulszüge II, III beeinflusst, wobei bei zu hohem Zündstrom die Impulsbreite der Signalzüge II, III reduziert wird, um den Zündstrom zu vermindern.
Da nicht nur ein Zündimpuls ausgelöst wird, wie dies bei den herkömmlichen Zündeinrichtungen der Fall ist, sondern eine Vielzahl solcher Impulse ist auch bei hochverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ein Zündversagen praktisch ausgeschlossen. Außerdem bewirken die wiederholten Zündfunken eine raschere Verbrennung eines Gemisches in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, wodurch deren Wirkungsgrad steigt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Zündschaltung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, insbesondere einer hochverdichtenden Brennkraftmaschine, mit einer sekundär mit einer Zündkerze (4) verbundenen Zündspule (3), deren Primärwicklung (Ll) mit einem Kondensator (C2, C3) in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltung mit einer Gleichspannungsquelle (U) verbunden ist, wobei ein elektronischer Schalter (Tl, T2) vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode mit einem Impulsgeber (1) verbunden ist, der während einer vorgesehenen Zünddauer mindestens einen Steuerimpuls liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspule (3) als Volltransformator ausgebildet ist, deren Primärwicklung (Ll) im Querzweig einer aus einer Reihenschaltung zweier gleichartiger elektronischen Schalter (Tl, T2) und einer Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren (C2, C3) bestehenden Brückenschaltung geschaltet ist, wobei zu den elektronischen Schaltern (Tl, T2) jeweils eine Diode (Dl, D2) antiparallel geschaltet ist und der Impulsgeber (1) während der vorgesehenen Zünddauer die elektronischen Schalter (Tl, T2) mit mehreren um jeweils 180° phasenverschobenen Impulsen beaufschlagt.
2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspule (3) einen Ferritkern aufweist.
3. Zündschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Kondensatoren (C2, C3) in Bezug auf die Induktivität der Zündspule (3) so erfolgt, dass das zerfallende Magnetfeld der Zündspule (3), die Spannung an den Kondensatoren (C2, C3) um die halbe bis um die doppelte Betriebsspannung (U) , vorzugsweise um die Betriebsspannung (U) verschiebt .
4. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der an die Zündspule (3) angeschlossenen Zündkerzen gegen das Innere des Brennraumes gerichteten Öffnungswinkel von 60 bis 90° aufweisen.
5. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fühler (6) zur Erfassung des Zündstromes vorgesehen ist, der mit einer Regelschaltung (5) verbunden ist, die in Abhängigkeit vom Zündstrom die Pulsdauer der Impulse des Impulsgebers (1) vermindert.
6. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fühler (6) zur Erfassung des Zündstromes vorgesehen ist, der mit einer Regelschaltung (5) verbunden ist, die in Abhängigkeit vom Zündstrom die Primärspannnung an der Brückenschaltung regelt.
Der Patentanwalt
Kliment
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110369855B (zh) * 2019-08-19 2024-06-04 无锡前元自动化科技有限公司 一种高周波火花保护器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1263248A (en) * 1968-06-10 1972-02-09 Rotax Ltd Ignition systems
FR2510199A1 (fr) 1981-07-22 1983-01-28 Siemens Sa Systeme d'allumage pour des moteurs a combustion interne
US4493306A (en) * 1982-12-20 1985-01-15 Ford Motor Company Enhanced spark energy distributorless ignition system (B)
DE4009145A1 (de) 1990-03-21 1991-09-26 Bayerische Motoren Werke Ag Kondensatorzuendanlage fuer brennkraftmaschinen
FR2665999B1 (fr) * 1990-08-14 1994-01-28 General Electric Cgr Sa Dispositif d'obtention d'une tension continue reglable.
FR2717015B1 (fr) * 1994-03-03 1996-04-26 Alcatel Converters Alimentation à découpage adaptée pour permettre des commutations sous tension réduite.
DE19643785C2 (de) 1996-10-29 1999-04-22 Ficht Gmbh & Co Kg Elektrische Zündvorrichtung, insbesondere für Brennkraftmaschinen, und Verfahren zum Betreiben einer Zündvorrichtung
JP3673075B2 (ja) 1998-03-09 2005-07-20 新電元工業株式会社 スイッチング電源装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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