EP1280993A2 - Zündanlage für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Zündanlage für eine verbrennungskraftmaschine

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EP1280993A2
EP1280993A2 EP01923517A EP01923517A EP1280993A2 EP 1280993 A2 EP1280993 A2 EP 1280993A2 EP 01923517 A EP01923517 A EP 01923517A EP 01923517 A EP01923517 A EP 01923517A EP 1280993 A2 EP1280993 A2 EP 1280993A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
ignition
voltage
switching means
ignition system
spark
Prior art date
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Application number
EP01923517A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1280993B1 (de
Inventor
Horst Meinders
Wolfgang Feiler
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1280993A2 publication Critical patent/EP1280993A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1280993B1 publication Critical patent/EP1280993B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02P3/0407—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means
    • F02P3/0435—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an ignition system for an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • Ignition systems of the generic type serve to ignite a compressed fuel-air mixture in the internal combustion engine.
  • an arc discharge is generated between two electrodes of the spark plug by means of an ignition device, usually a spark plug.
  • an ignition voltage in the high voltage range must be provided.
  • the ignition coil works here as an energy store and as a transformer. During the closing time of the primary-side switching device, the electrical energy provided by the voltage source is see energy stored and made available at the time of ignition as a high-voltage ignition pulse.
  • a certain minimum ignition energy is required to ignite the compressed fuel-air mixture.
  • the level of this minimum ignition energy depends on the stoichiometric composition of the fuel-air mixture. In the case of lean fuel-air mixtures in particular, ie air is in a stoichiometric excess, an increased minimum ignition energy is necessary. If this minimum ignition energy is not provided, incomplete combustion of the fuel-air mixture or misfiring can occur.
  • Known possibilities for influencing the burning process consist in the variation of the spark burning duration and / or the spark burning current.
  • To increase the spark duration and / or the spark current it is known to increase the energy stored in the ignition coil on the primary side, for example by increasing the primary current on the primary side.
  • a correspondingly large design of an ignition coil must be selected. This stands in the way of optimizing the installation volume.
  • the ignition system according to the invention offers the advantage that a high ignition energy can be provided in a simple manner, which in particular also for igniting lean fuel-air mixtures in any operating mode. Situation of the internal combustion engine is adequately dimensioned. Characterized in that two ignition coils are provided, the secondary windings of which are each connected to a spark plug and the primary windings can be supplied with the supply voltage by a respective switching means, and a control circuit is provided via which the switching means and thus the ignition coils are actuated at different times , is advantageously possible to switch on the second ignition coil exactly at the point in time in which the switch-off voltage in the voltage circuit of the first ignition coil leads to the secondary-side development of the high voltage.
  • a positive switch-on voltage is formed on the high-voltage side of the second ignition coil, which is added to the negative operating voltage of the spark generated by the first ignition coil and thus increases, in particular more than doubles, the operating voltage applied to the ignition electrodes of the spark plug.
  • This high ignition energy is suitable for safely igniting even lean fuel-air mixtures at any time.
  • Figure 1 shows schematically an ignition system in a circuit diagram
  • FIG. 1 shows an ignition system, designated overall by 10, in an equivalent circuit diagram.
  • the ignition system 10 comprises a spark plug 12, to which a first ignition coil 14 and a second ignition coil 16 are assigned.
  • An electrode 18 of the ignition coil 12 is connected to the secondary winding 20 of the first ignition coil 14.
  • the second electrode 22 of the spark plug 12 is connected to the secondary coil 24 of the second ignition coil 16.
  • An ignition path 26 is formed between the electrodes 18 and 22.
  • a resistor R] _ or R2 is connected between the electrodes 18 and 22 and the secondary coils 20 and 24, respectively.
  • the primary coil 28 of the first ignition coil 14 is on the one hand to a supply voltage source V ⁇ ⁇ J BKU, in motor vehicles in the Rule of the automobile battery, connected.
  • the primary winding 28 is connected to the secondary winding and a switching means 30.
  • the switching means 30 is a three-stage Darlington transistor.
  • the secondary winding 20 can also be connected via a switch-on suppression diode D with the anode to the secondary winding and the cathode to ground.
  • the emitter of the switching means 30 is grounded.
  • the base of the switching means 30 is connected to a control circuit, not shown in more detail, and a control signal 32, indicated schematically here, is applied to it.
  • the primary winding 34 of the second ignition coil 16 is also connected to the supply voltage source U ß ATT on the one hand and on the other hand to a switching means 36, which is also designed as a three-stage Darlington transistor.
  • the emitter of the switching means 36 is grounded, while the base of the switching means 36 is connected to the control circuit and a control signal 38 can be applied to it.
  • the switching means 30 and 36 are actuated with the control signals 32 and 38, the course of which is shown in FIG. 2.
  • the Control signals 32 and 38 are provided by the control circuit with a time delay. That is, the control signal 38 is connected to the switch-off time of the control signal 32, that is to say when it drops from the "HIGH” level to the "LOW” level, that is to say it rises from its "LOW” level to the "HIGH” level. on. It can be provided that each of the switching means 30 and 36 is acted upon by a control pulse, or the switching means 30 and 36 are alternately acted upon by their control pulses 32 and 38, respectively, the level "HIGH” being time-shifted.
  • switching means 30 By supplying the switching means 30 with the control signal 32, this is turned on during the switch-on period, so that the primary coil 28 of the first ignition coil 14 is energized.
  • a switching-off voltage (clamp voltage) arises in the collector of switching device 30, which leads to induction of a high voltage at secondary coil 20. This high voltage is present across the resistor R_ at the electrode 18 and leads to the formation of an ignition spark between the electrodes 18 and 22 of the spark plug 12.
  • the switching means 36 Exactly at this point in time, the switching means 36 is activated by control with the control signal 38, so that the primary coil 34 second ignition coil 16 is energized.
  • the high voltage supplied by the first ignition coil 14 is in the range from 800 V to 1200 V, while the positive switch-on voltage of the second ignition coil is in the range from 1200 V to 1700 V.
  • the operating voltage applied to the electrodes 18 and 22 is more than doubled by switching on the second switching means 36 and thus the second ignition coil 16. This increased ignition voltage increases the duration of the spark and the spark current, so that higher energy can be transferred to the burning spark.
  • FIG. 3 shows the profile of the collector current of the switching means 30 (characteristic curve 40), the collector current of the switching means 36 (characteristic curve 42), the profile of the ignition current (characteristic curve 44) on the spark plug 12 and the profile of the clamp voltage of the switching means 30 (characteristic curve 46). shown.
  • the characteristic curves make it clear that on the high-voltage side of the ignition coil 14 and the high-voltage side of the ignition coil 16, which are connected when an ignition current is closed, in the primary Winding 34 of the second ignition coil 16 a voltage is induced, which leads to a current commutation on the primary side of the ignition coil 16. This current commutation takes place suddenly when the ignition spark is fired into the previously not yet energized - i.e. cold - primary winding 34.
  • the characteristic curve curve 42 shows that the ignition spark ignites at the time of switching off t of the first switching means 30 and thus that which flows at the primary winding 34 of the ignition coil 16 commutated current rises abruptly with a steep flank, then falls and then rises again.
  • the characteristic curve 40 illustrates that the charging current of the ignition coil 14 drops at the time t £ of the switching device 30 is switched off.
  • the characteristic curve is clear that according to the charging current 40 in the primary circuit of the ignition 'reel 14 with a relatively flat loading ramp rises slowly, while the charging current in the primary circuit of the ignition coil 16 - as explained - abruptly increases.
  • the ignition current at the spark plug 12 (characteristic curve 44) suddenly rises to a maximum value when the switching means 30 is switched off and drops over the duration of the ignition spark up to the point in time tß.
  • the primary circuit of ignition coil 16 is switched off, so that the combustion current flows in the opposite direction and initially drops to a negative maximum value, in order then to rise again to zero.
  • the course of the clamp voltage (characteristic curve 46) of the switching means 30 illustrates the Voltage jump at the switch-off time t which leads to the ignition of the ignition spark, and a voltage jump at time t3.
  • FIG. 4 shows the characteristic curve 46 (clamp voltage U " CE) of the switching means 30.
  • the profile of the clamp voltage Urg (characteristic curve 48) of the switching means 36 is also shown.
  • FIG. 5 shows the profile of the clamp voltages UQE of the switching means 30 and 36 from Time tß. Based on Figures 4 and 5 it is clear that according to the characteristic
  • FIGS. 6 and 7 show the profile of the switch-on voltage ücg (characteristic curve 50), the profile of the switch-on current I ⁇ (characteristic curve 52) of the switching means 30 and the profile of the secondary voltage (characteristic curve 54) of the ignition coil 14 in a standard ignition system (FIG. 6). and compared with the double coil ignition system 10 according to the invention (FIG. 7). It is clear that in the double coil ignition system 10 the switch-on voltage UCE has the same profile and the same stroke as in the known ignition system.
  • high-voltage diodes are used in the known ignition systems.
  • the use of such high-voltage diodes is not possible due to the coupling of the secondary sides of the two ignition coils 14 and 16.
  • separate circuit arrangements known per se for voltage reduction and not shown in the figures can be used.
  • FIG. 10 A modified circuit arrangement of the ignition system 10 is shown in FIG. The same parts as in Figure 1 are provided with the same reference numerals and not explained again.
  • the second switching means 36 is not actuated by the control circuit via a control signal 38, but the control of the switching means 36 is dependent on the operating voltage of the ignition spark of the spark plug 12.
  • the collector of the switching means 30 is connected to the cathode of a Zener diode 60 via a resistor R3.
  • the anode of the Zener diode 60 is connected on the one hand to the base of a transistor 62 and on the other hand to a first connection of a capacitance C, the further connection of which is connected to ground.
  • the emitter of transistor 62 is also grounded, while the collector of transistor 62 is connected to the base of a further transistor 64 and a resistor R4.
  • An emitter of the transistor 64 is connected to the supply voltage UB ⁇ T, while the collector of the transistor 64 is connected via a resistor R5 to the base of the switching means 36 (Zünddarlington).
  • a breakdown voltage of the Zener diode 60 is, for example, 20 V.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 8 ensures that the transistor 62 is controlled by the transformed operating voltage of the ignition spark when it exceeds the breakdown voltage of the Zener diode 60, here 20 V.
  • the resistor R3 serves as a current limiting resistor. If the transistor 62 is turned on, it switches the transistor 64, which then connects the supply voltage OQ ⁇ & ⁇ ⁇ ⁇ to the base of the switching means 36, so that it also turns on.
  • the capacitance C serves to dampen the emitter-base path of the transistor 62 due to the fluctuating operating voltage that is present at the base of the transistor 62.
  • FIG. 9 shows a circuit variant modified compared to FIG.
  • the collector of the switching means 30 is connected to the cathode of a Zener diode 60 '.
  • the collector of the switching means 30 is connected to an emitter terminal of a transistor 66, the collector of which is connected to the base of the transistor 62 via the resistor R3.
  • the collector of transistor 66 is connected to ground via a resistor Rg.
  • the base of transistor 66 is connected to supply voltage UB TT via a resistor Rg.
  • the transistor 62 is turned on by the circuit arrangement shown in FIG. 9 when the transformed operating voltage rises above the supply voltage UBJY ⁇ .
  • the resistors Rg serve as high-resistance protective resistors for the transistor 62 when the switching means 30 is clamped.
  • the zener diode 60 ' has a breakdown voltage of, for example, 50 V, so that the maximum collector-emitter voltage of the transistor 66 is limited.
  • the spark plug 12 has two electrodes 18 and 22 which are insulated from one another and insulated from the earth.
  • FIG. 10 shows a circuit arrangement of the ignition system 10, in which a Electrode-owning spark plug 12 'can also be used with a double-coil ignition.
  • the electrode 18 'of the spark plug 12' is connected to a node K Q _, which is connected on the one hand via the resistor R] _ to the secondary winding 20 of the first ignition coil 14 and on the other hand via the resistor R2 to the secondary winding 24 of the second ignition coil 16 .
  • a high-voltage diode 68 can be connected to the secondary circuit of the ignition coils 14 or 16, which serves to suppress the so-called switch-on spark.
  • the function of the circuit arrangement 10 according to FIG. 10 is comparable to the circuit arrangements already explained.
  • the switching means 30, 36 and any other circuit components that may be present can be monolithically integrated in a component.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündeinrichtung, die zum Zünde eines Zündfunkens eine Hochspannung (Zündspannung) benötigt. Es sind zwei Zündspulen (14 und 16) vorgesehen, deren Sekundärwicklungen (20, 24) jeweils mit Elektroden (18, 22) einer Zündkerze (12, 12') verbunden sind, deren Primärwicklungen (28, 34) durch jeweils ein Schaltmittel (30, 36) mit einer Versorgungsspannungsquelle verbindbar sind, und eine Ansteuerschaltung, über die eine zeitlich versetzte Ansteuerung der Zündspulen (14, 16) erfolgt.

Description

Zündanlage für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für eine Verbrennungskraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Zündanlagen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese dienen dazu, ein verdichtetes Kraftstoff-Luft- Gemisch in der Verbrennungskraftmaschine zu zünden. Hierzu wird mittels einer Zündeinrichtung, in der Regel einer Zündkerze, eine Lichtbogenentladung zwischen zwei Elektroden der Zündkerze erzeugt. Um diese Lichtbogenentladung zu erzeugen, ist eine Zündspannung im Hochspannungsbereich bereitzustellen. Zum Bereitstellen dieser erforderlichen Hochspannung ist bekannt, die Zündkerze mit der Sekundärwicklung einer Zündspule zu verbinden, deren Primärwicklung mit einer Spannungsquelle, in Kraftfahrzeugen in der Regel der Kraftfahrzeugbatterie, verbindbar ist. Die Zündspule arbeitet hierbei als Energiespeicher und als Transformator. Während der Schließzeit des primärsei- tigen Schaltmittels wird im Magnetfeld der Zündspule die aus der Spannungsquelle bereitgestellte elektri- sehe Energie gespeichert und im Zündzeitpunkt als Hochspannungszündimpuls zur Verfügung gestellt.
Zum Zünden des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches ist eine bestimmte Mindest-Zündenergie notwendig. Die Höhe dieser Mindest-Zündenergie ist abhängig von der stöchiometrischen Zusammensetzung des Kraftstoff- Luft-Gemisches. Insbesondere bei mageren Kraftstoff- Luft-Gemischen, das heißt, Luft liegt im stöchiome- trischen Überschuss vor, ist eine erhöhte Mindest- Zündenergie notwendig. Wird diese Mindest-Zündenergie nicht bereitgestellt, kann es zu einer unvollständigen Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches oder zu Zündaussetzern kommen. Bekannte Möglichkeiten zur Be- einflussung des Brennvorganges bestehen in der Variation der Funkenbrenndauer und/oder des Funkenbrennstromes . Zur Erhöhung der Funkenbrenndauer und/oder des Funkenbrennstromes ist bekannt, die primärseitig gespeicherte Energie in der Zündspule zu erhöhen, indem beispielsweise der Primärstrom an der Primärseite erhöht wird. Hierbei besteht allerdings der Nachteil, dass eine entsprechend große Bauform einer Zündspule zu wählen ist. Dies steht einer Optimierung des Einbauvolumens entgegen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass in ein- facher Weise eine hohe Zündenergie bereitgestellt werden kann, die insbesondere auch zum Zünden von mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen in jeder Betriebs- Situation der Verbrennungskraftinaschine ausreichend bemessen ist. Dadurch, dass zwei Zündspulen vorgesehen sind, deren Sekundärwicklungen jeweils mit einer Zündkerze verbunden sind und deren Primär- Wicklungen durch jeweils ein Schaltmittel mit der Versorgungsspannung beaufschlagbar sind, und eine Ansteuerschaltung vorgesehen ist, über die eine zeitlich versetzte Ansteuerung der Schaltmittel und somit der Zündspulen erfolgt, ist vorteilhaft möglich, die zweite Zündspule genau in dem Zeitpunkt einzuschalten, indem im Spannungskreis der ersten Zündspule die Abschaltspannung zur sekundärseitigen Entstehung der Hochspannung führt. Hierdurch bildet sich auf der Hochspannungsseite der zweiten Zündspule eine positive Einschaltspannung, die sich zu der negativen Brennspannung des von der ersten Zündspule generierten Zündfunkens addiert und somit sich die an den Zündelektroden der Zündkerze anliegende Brennspannung erhöht, insbesondere mehr als verdoppelt. Hierdurch wird eine höhere Zündfunkendauer und ein höherer Zündfunkenstrom erhalten, der insgesamt zur Bereitstellung einer höheren Zündenergie führt. Diese hohe Zündenergie ist geeignet, auch magere Kraftstoff- Luft-Gemische jederzeit sicher zu zünden. Durch al- ternierendes Zuschalten der jeweils anderen Zündspule in der Abschaltphase der zuvor zugeschalteten Zündspule lässt sich wiederholend das Funkenbrennen auf einen längeren Zeitraum ausdehnen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu- tert . Es zeigen:
Figur 1 schematisch eine Zündanlage in einem Schaltbild;
Figuren verschiedene Kennlinien der Zündanlage 2 bis 7 und
Figuren Schaltbilder von Zündanlagen in weiteren 8 bis 10 Ausführungsvarianten.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Zündanlage in einem Ersatzschaltbild. Die Zündanlage 10 umfasst eine Zündkerze 12, der eine erste Zündspule 14 und eine zweite Zündspule 16 zugeordnet ist. Eine Elektrode 18 der Zündspule 12 ist mit der Sekundärwicklung 20 der ersten Zündspule 14 verbunden. Die zweite Elektrode 22 der Zündkerze 12 ist mit der Sekundärspule 24 der zweiten Zündspule 16 verbunden. Zwischen den Elektroden 18 und 22 ist eine Zündstrecke 26 ausgebildet. Zwischen den Elektroden 18 beziehungsweise 22 und den Sekundärspulen 20 beziehungsweise 24 ist jeweils ein Widerstand R]_ bezie- hungsweise R2 geschaltet. Die Primärspule 28 der ersten Zündspule 14 ist einerseits mit einer Versorgungsspannungsquelle V→BKU→J , i-n Kraftfahrzeugen in der Regel der Kraftfahrzeugbatterie, verbunden. Andererseits ist die Primärwicklung 28 mit der Sekundärwicklung und einem Schaltmittel 30 verbunden. Das Schaltmittel 30 ist ein dreistufiger Darlington- Transistor. Alternativ kann die Sekundärwicklung 20 auch über eine Einschaltunterdrückungsdϊode D mit der Anode zur Sekundärwicklung und der Kathode zur Masse geschaltet sein. Der Emitter des Schaltmittels 30 liegt an Masse. Die Basis des Schaltmittels 30 ist mit einer nicht näher gezeigten Ansteuerschaltung verbunden und mit einem hier schematisch angedeuteten Steuersignal 32 beaufschlagt. Die Primärwicklung 34 der zweiten Zündspule 16 ist ebenfalls mit der Versorgungsspannungsquelle UßATT einerseits und andererseits mit einem Schaltmittel 36, das ebenfalls als dreistufiger Darlington-Transistor ausgebildet ist, verbunden. Der Emitter des Schaltmittels 36 liegt an Masse, während die Basis des Schaltmittels 36 mit der Ansteuerschaltung verbunden und mit einem Steuersignal 38 beaufschlagbar ist.
Die Funktion der Zündanlage 10 wird anhand der in den Figuren 2 bis 9 gezeigten Kennlinien erläutert:
Der Aufbau und die Funktion von über Zünddarlington- Transistoren angesteuerten Zündspulen und das hierdurch erfolgte Generieren eines Zündfunkens sind allgemein bekannt, so dass im Rahmen der vorliegenden Bes'chreibung nur auf die erfindungsgemäßen Besonder- heiten eingegangen wird. Die Ansteuerung der Schaltmittel 30 und 36 erfolgt mit den Steuersignalen 32 und 38, deren Verlauf in Figur 2 dargestellt ist. Die Steuersignale 32 und 38 werden hierbei von der An- steuerschaltung zeitversetzt bereitgestellt. Das heißt, dem Abschaltzeitpunkt des Steuersignales 32, das heißt, wenn dieses vom Pegel "HIGH" auf den Pegel "LOW" abfällt, wird das Ansteuersignal 38 zugeschaltet, das heißt, dieses steigt von seinem Pegel "LOW" auf den Pegel "HIGH" an. Hierbei kann vorgesehen sein, dass jedes der Schaltmittel 30 und 36 mit einem Steuerimpuls beaufschlagt wird oder die Schaltmittel 30 und 36 werden alternierend jeweils mit ihren Steuerimpulsen 32 beziehungsweise 38 beaufschlagt, wobei der Pegel "HIGH" jeweils zeitversetzt ist.
Durch Beaufschlagen des Schaltmittels 30 mit dem Steuersignal 32 wird dieses während der Einschaltdauer durchgesteuert, so dass die Primärspule 28 der ersten Zündspule 14 bestromt wird. Im Abschalt- zeitpunkt des Schaltmittels 30 entsteht im Kollektor des Schaltmittels 30 eine Abschaltspannung (Klammer- Spannung) , die an der Sekundärspule 20 zur Induktion einer Hochspannung führt. Diese Hochspannung liegt über dem Widerstand R_ an der Elektrode 18 an und führt zur Ausbildung eines Zündfunkens zwischen den Elektroden 18 und 22 der Zündkerze 12. Exakt zu diesem Zeitpunkt wird das Schaltmittel 36 durch Ansteuerung mit dem Steuersignal 38 durchgesteuert, so dass die Primärspule 34 der zweiten Zündspule 16 bestromt wird. Hierdurch wird in der Sekundärwicklung 24 ' der zweiten Zündspule 16 eine positive Ein- schaltspannung induziert, die sich zu der negativen Brennspannung des von der Zündspule 14 generierten Zündfunkens addiert. Hiermit wird die an den Elek- troden 18 und 22 anliegende Brennspannung erhöht. Die von der ersten Zündspule 14 gelieferte Hochspannung liegt im Bereich von 800 V bis 1200 V, während die positive Einschaltspannung der zweiten Zündspule im Bereich von 1200 V bis 1700 V liegt. Somit wird die an den Elektroden 18 und 22 anliegende Brennspannung durch Zuschalten des zweiten Schaltmittels 36 und somit der zweiten Zündspule 16 mehr als verdoppelt. Durch diese vergrößerte Zündspannung wird die Brenn- dauer des Zündfunkens und der Zündfunkenstrom vergrößert, so dass eine höhere Energie in den brennenden Funken transferiert werden kann.
Beim Ausschalten der zweiten Zündspule 16 entsteht analog eine Brennspannung mit umgekehrter Polarität. Wenn nachfolgend in dem Abschaltvorgang der Zündspule 16 das Zuschalten der Zündspule 14 in analoger Weise erfolgt, wird wiederum zu der Brennspannung des neuen Zündfunkens die positive Einschaltspannung der ersten Zündspule 14 hinzu addiert.
In Figur 3 ist der Verlauf des Kollektorstromes des Schaltmittels 30 (Kennlinie 40) , der Kollektorstrom des Schaltmittels 36 (Kennlinie 42), der Verlauf des Zündstromes (Kennlinie 44) an der Zündkerze 12 und der Verlauf der Klammerspannung des Schaltmittels 30 (Kennlinie 46) gezeigt.
Anhand der Kennlinien wird deutlich, dass über die Hochspannungsseite der Zündspule 14 und die Hochspannungsseite der Zündspule 16, die beim Schließen eines Zündstromes verbunden sind, in der Primär- Wicklung 34 der zweiten Zündspule 16 eine Spannung induziert wird, die zu einer Stromkommutation an der Primärseite der Zündspule 16 führt. Diese Stromkommutation erfolgt mit Zünden des Zündfunkens schlagartig in die zuvor noch nicht bestrornte - also kalte - Primärwicklung 34. Der Kennlinienverlauf der Kennlinie 42 verdeutlicht, dass zum Abschaltzeitpunkt t des ersten Schaltmittels 30 der Zündfunke zündet und somit der an der Primärwicklung 34 der Zündspule 16 fließende kommutierte Strom mit einer steilen Flanke schlagartig ansteigt, anschließend abfällt, um dann wieder anzusteigen. Dieses vorübergehende Abfallen des an der Primärseite der Zündspule 16 kommutierten Stromes beruht auf der Erwärmung der Primärwicklung 34. Die Kennlinie 40 verdeutlicht, dass zum Abschaltzeitpunkt t£ des Schaltmittels 30 der Ladestrom der Zündspule 14 abfällt. Deutlich wird, dass gemäß der Kennlinie 40 der Ladestrom im Primärkreis der Zünd- ' spule 14 mit einer relativ flachen Laderampe langsam ansteigt, während im Primärkreis der Zündspule 16 der Ladestrom - wie erläutert - schlagartig ansteigt.
Der Zündstrom an der Zündkerze 12 (Kennlinie 44) steigt mit Abschalten des Schaltmittels 30 schlag- artig auf einen Maximalwert an und fällt über die Brenndauer des Zündfunkens bis zum Zeitpunkt tß ab. Zum Zeitpunkt t3 wird der Primärkreis der Zündspule 16 abgeschaltet, so dass der Brennstrom in entgegengesetzter Richtung fließt und zunächst auf einen negativen Maximalwert abfällt, um anschließend wieder auf Null anzusteigen. Der Verlauf der Klammerspannung (Kennlinie 46) des Schaltmittels 30 verdeutlicht den Spannungssprung zum Abschaltzeitpunkt t der zur Zündung des Zündfunkens führt, und einen Spannungssprung zum Zeitpunkt t3.
In Figur 4 ist die Kennlinie 46 (Klammerspannung Ü"CE) des Schaltmittels 30 nochmals dargestellt. Ferner ist der Verlauf der Klammerspannung Urg (Kennlinie 48) des Schaltmittels 36 dargestellt. Figur 5 zeigt den Verlauf der Klammerspannungen UQE der Schaltmittel 30 beziehungsweise 36 ab dem Zeitpunkt tß. Anhand der Figuren 4 und 5 wird deutlich, dass gemäß Kennlinie
46 in Figur 4 das Ansteigen der Klammerspannung zum Zeitpunkt t2 während der Zündung des Zündfunkens, anschließender Rückwirkung des brennenden Zündfunkens auf die Primärwicklung 28 und eine Spannungsspitze zum Zeitpunkt t3, von der aus anschließend die Klammerspannung auf die Versorgungsspannung abklingt. Zum Zeitpunkt t3 kommt es also zu einer Koppelschwingung auf die Primärspule 28 der Zündspule 14. Die KlammerSpannung 48 des Schaltmittels 36 fällt zum Zeitpunkt t2 von dem Versorgungsspannungsniveau auf das Sättigungsspannungsniveau. Zum Zeitpunkt t3 steigt die Klammerspannung des Schaltmittels 36, wie der Kennlinienverlauf 48 in Figur 5 verdeutlicht, sprunghaft an und klingt anschließend auf die transformierte Brennspannung des Zündfunkens ab. In Figur
5 ist in der Kennlinie 46 nochmals der Spannungssprung zum Zeitpunkt 3 bei der Klammerspannung des Schaltmittels 30 gezeigt. Hier erfolgt anschließend ebenfalls ein Abklingen auf die transformierte Brennspannung des Zündfunkens. In den Figuren 6 und 7 sind der Verlauf der Ein- schaltspannung ücg (Kennlinie 50) , der Verlauf des Einschaltstromes Iς (Kennlinie 52) des Schaltmittels 30 und der Verlauf der Sekundärspannung (Kennlinie 54) der Zündspule 14 bei einer Standardzündanlage (Figur 6) und bei der erfindungsgemäßen Doppelspulen- Zündanlage 10 (Figur 7) gegenüber gestellt. Es wird deutlich, dass bei der Doppelspulen-Zündanlage 10 die Einschaltspannung ÜCE den gleichen Verlauf und den gleichen Hub wie bei der bekannten Zündanlage aufweist. Zur Vermeidung sogenannter Einschaltfunken beim Einschalten des Schaltmittels 30 werden bei den bekannten Zündanlägen Hochspannungsdioden eingesetzt. Bei der erfindungsgemäßen Doppel-Zündanlage 10 ist durch die Kupplung der Sekundärseiten der beiden Zündspulen 14 und 16 ein Einsatz derartiger Hochspannungsdioden nicht möglich. Hierzu sind gesonderte, in den Figuren nicht näher dargestellte, an sich zur Spannungsreduzierung bekannte Schaltungsanordnungen einsetzbar.
In Figur 8 ist eine abgewandelte Schaltungsanordnung der Zündanlage 10 gezeigt. Gleiche Teile wie in Figur 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.
Der Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten Schaltungsvariante besteht darin, dass hier das zweite Schaltmittel 36 nicht über ein Steuersignal 38 von der Ansteuerschaltung betätigt wird, sondern das Durchsteuern des Schaltmittels 36 abhängig von der Brennspannung des Zündfunkens der Zündkerze 12 ist. Hierzu ist der Kollektor des Schaltmittels 30 über einen Widerstand R3 mit der Kathode- einer Zenerdiode 60 verbunden. Die Anode der Zenerdiode 60 ist einerseits mit der Basis eines Transistors 62 verbunden und andererseits mit einem ersten Anschluss einer Kapazität C, deren weiterer Anschluss an Masse liegt. Der Emitter des Transistors 62 liegt ebenfalls an Masse, während der Kollektor des Transistors 62 mit der Basis eines weiteren Transistors 64 und einem Widerstand R4 verbunden ist. Ein Emitter des Transistors 64 ist mit der Versorgungsspannung UB^T verbunden, während der Kollektor des Transistors 64 über einen Widerstand R5 mit der Basis des Schaltmittels 36 (Zünddarlington) verbunden ist. Eine DurchbruchsSpannung der Zenerdiode 60 beträgt beispielsweise 20 V.
Durch die in Figur 8 gezeigte Schaltungsanordnung wird erreicht, dass der Transistor 62 durch die transformierte Brennspannung des Zündfunkens dann angesteuert wird, wenn diese die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 60, hier 20 V, übersteigt. Der Widerstand R3 dient hierbei als Strombegrenzungswiderstand. Wird der Transistor 62 durchgesteuert, schal- tet dieser den Transistor 64, der daraufhin die Versorgungsspannung OQ→ &γ→γ mit der Basis des Schaltmittels 36 verbindet, so dass dieser ebenfalls durchsteuert. Die Kapazität C dient hierbei der Dämpfung der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 62 aufgrund der schwankenden Brennspannung, die an der Basis des Transistors 62 anliegt. Figur 9 zeigt eine gegenüber Figur 8 abgewandelte Schaltungsvariante, bei der der Kollektor des Schaltmittels 30 mit der Kathode einer Zenerdiode 60' verbunden ist. Gleichzeitig ist der Kollektor des Schaltmittels 30 mit einem Emitteranschluss eines Transistors 66 verbunden, dessen Kollektor über den Widerstand R3 mit der Basis des Transistors 62 verbunden ist. Ferner ist der Kollektor des Transistors 66 über einen Widerstand Rg mit Masse verbunden. Die Basis des Transistors 66 ist über einen Widerstand Rg mit der Versorgungsspannung UB TT verbunden.
Durch die in Figur 9 gezeigte Schaltungsanordnung wird der Transistor 62 dann durchgesteuert, wenn die transformierte Brennspannung über die Versorgungsspannung UBJYΓ ansteigt. Die Widerstände Rg dienen als hochohmige Schutzwiderstände für den Transistor 62 bei Klammerung des Schaltmittels 30. Die Zenerdiode 60' besitzt eine Durchbruchsspannung von bei- spielsweise 50 V, so dass die maximale Kollektor- Emitter-Spannung des Transistors 66 begrenzt wird.
Bei den in den Figuren 1, 8 und 9 gezeigten Schaltungsvarianten ist davon ausgegangen worden, dass die Zündkerze 12 zwei gegeneinander isoliert und gegen Masse isoliert angeordnete Elektroden 18 und 22 aufweist.
Ständardzündkerzen 12' besitzen bekanntermaßen eine isoliert herausgeführte Elektrode 18' und eine Masseelektrode 22'. Figur 10 zeigt eine Schaltungs- anordnung der Zündanlage 10, bei der eine eine Masse- elektrode besitzende Zündkerze 12' auch bei einer Doppelspulen-Zündung einsetzbar ist. Hierbei ist die Elektrode 18' der Zündkerze 12' mit einem Knotenpunkt KQ_ verbunden, der einerseits über den Widerstand R]_ mit der Sekundärwicklung 20 der ersten Zündspule 14 und andererseits über den Widerstand R2 mit der Sekundärwicklung 24 der zweiten Zündspule 16 verbunden ist. Bei dieser Schaltungsvariante kann jeweils eine Hochspannungsdiode 68 in den Sekundärkreis der Zünd- spulen 14 beziehungsweise 16 geschaltet sein, die der Unterdrückung des sogenannten Einschaltzündfunkens dient. Im Übrigen ist die Funktion der Schaltungsanordnung 10 gemäß Figur 10 mit den bereits erläuterten Schaltungsanordnungen vergleichbar.
Die Schaltmittel 30, 36 sowie die gegebenenfalls vorhandenen weiteren Schaltungsbestandteile können in ein Bauelement monolithisch integriert sein.

Claims

Patentansprüche
1. Zündanlage für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündeinrichtung, die zum Zünden eines Zündfunkens eine Hochspannung (Zündspannung) benötigt, gekennzeichnet durch zwei Zündspulen (14 und 16) , deren Sekundärwicklungen (20, 24) jeweils mit Elektroden (18, 22) einer Zündkerze (12, 12') verbunden sind, deren Primärwicklungen (28, 34) durch jeweils ein Schaltmittel (30, 36) mit einer Versorgungs- spannungsquelle verbindbar sind, und eine Ansteuerschaltung, über die eine zeitlich versetzte Ansteuerung der Zündspulen (14, 16) erfolgt.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass die Schaltmittel (30, 36) Darlington- Transistoren sind.
3. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Sekundär- Wicklungen (20, 24) mit einer der Elektroden (18, 22) der Zündkerze (12) verbunden sind.
4. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungen (20, 24) mit einer Elektrode (18') der Zündkerze (12') verbunden sind und die weitere Elektrode (22') der Zündkerze (12') an Masse liegt.
5. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Steuersignale (32, 38) der Schaltmittel (30, 36) von einer externen Ansteuerschaltung (Motorsteuergerät) bereitgestellt sind.
6. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (32) für das Schaltmittel (30) von der externen An- Steuerschaltung bereitgestellt ist und das Steuersignal (38) für das Schaltmittel (36) abhängig von einem Betriebsparameter der Zündanlage (10) bereitgestellt ist.
7. Zündanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (38) bei Überschreiten einer vorgebbaren Brennspannung des Zündfunkens der Zündkerze (12, 12') bereitgestellt ist.
8. Zündanlage nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Brennspannung durch die Durchbruchsspannung einer Zenerdiode (60) bestimmt ist.
9. Zündanlage nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Brennspannung durch eine Höhe einer Versorgungsspannung (UBATT) bestimmt ist.
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