WO1992021875A1 - Zündanlagen für brennkraftmaschinen mit hochspannungsschalter - Google Patents

Zündanlagen für brennkraftmaschinen mit hochspannungsschalter Download PDF

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Werner Herden
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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
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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
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    • F02P15/08—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having multiple-spark ignition, i.e. ignition occurring simultaneously at different places in one engine cylinder or in two or more separate engine cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02P15/12—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having means for strengthening spark during starting

Definitions

  • the invention relates to an ignition system according to the type of the main claim, as is known for example from DE-OS 37 31 393.
  • high-voltage switches are used, which are preferably arranged on the secondary side in the spark plug connector.
  • Tilting diode cascades are used as high-voltage switching elements, 10 to 50 tipping diode elements being stacked on top of one another according to the dielectric strength of a single tipping diode and depending on the desired tipping voltage.
  • Such a high-voltage semiconductor switch which suddenly changes from the blocking to the conducting state, makes it possible to practically eliminate the effects of shunts on the spark plug. Because of their inherent capacitance, long ignition lines behind the breakover diode cascade have a disadvantageous effect on the division effect of the breakover diode cascade, which is why the high-voltage semiconductor switch is preferably arranged in the plug connector.
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that, regardless of the installation location of the high-voltage semiconductor switch in the form of a tilting diode cascade, an additional capacitor between the ignition coil and high-voltage semiconductor switch is arranged on the secondary side in parallel with the secondary winding, so that even with a low system capacity ⁇ a sufficiently high voltage jump at the spark plug is achieved.
  • the measures listed in the subclaims enable advantageous further developments and improvements of the ignition system specified in the main claim. It is particularly advantageous to use a ceramic capacitor which is temperature-dependent in such a way that the amplification of the splitting effect is only effective when cold starting, and the capacitance of the capacitor decreases sharply during operation due to heating. As a result, the increased energy requirement of the ignition system and thus the increased load on the ignition coil by the capacitor is limited to the very short cold start phase.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an ignition system
  • FIG. 2 shows an ignition system with double spark coils
  • FIGS. 3a and 3b show possibilities for the installation location of the high-voltage semiconductor switch
  • FIG. 4 shows an ignition system with a capacitor that can be switched off on the secondary side.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an ignition system with an ignition coil 1, the primary winding 2 of which is connected via an ignition transistor 3 to a voltage supply U, for example to the battery, not shown, of a motor vehicle.
  • the ignition transistor 3 is controlled in a known manner via a control terminal 4.
  • the secondary winding 5 is connected to ground potential on the one hand and on the other hand via a breakover diode cascade 6, which acts as a high-voltage semiconductor switch, and an interference suppressor 7 to the spark plug 8.
  • the ignition system shown in Figure 1 works as follows.
  • FIG. 2 shows a structure similar to that of FIG. 1, but a double spark coil is used here.
  • a trigger diode cascade 6 is assigned to each end of the ignition coil, the distinction being made here by corresponding indices a and b.
  • These breakover diode cascade are assigned to the coil ends with different polarity.
  • the capacitor 9 for amplifying the steepening effect is connected in parallel with the secondary winding 5 in front of the breakover diode cascades 6a and 6b. Similar to FIG. 1, the breakover cascades and the capacitor are arranged in the ignition coil housing 10 in this embodiment.
  • FIGS. 3a and 3b show a structure similar to that in FIG. 1, the capacitor 9 being arranged in the ignition coil housing in both cases.
  • the Kippdioden- * cascade in the plug cap 11 and ange ⁇ in Figure 3b in the candle 12 assigns. This has the advantage that the self-capacitance of the ignition line can also be used for the division effect.
  • FIG. 4 also shows a construction similar to that of FIG. 1, but here a high-voltage switch 13 is arranged in series with the capacitor 9, parallel to the secondary winding 5.
  • This high-voltage switch can be a light-triggerable high-voltage switch, for example.
  • the capacitor 9 in the ignition coil housing and the high-voltage breakover diode, for example in the distributor rotor, the distributor middle plug, in the ignition line between the ignition coil and distributor or directly in the ignition coil.

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Abstract

Es wird eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit im Sekundärkreis angeordneten Halbleiterschaltelementen mit mindestens einem Kondensator vorgeschlagen, die einen Aufsteilerungseffekt der Zündspannung bewirken. Die Halbleiterschaltelemente sind vorzugsweise Kippdioden in Kaskadenschaltung (6), die dafür sorgen, daß die Zündspannung erst bei Erreichen eines vorgebbaren Wertes schlagartig an die Zündkerze (8) durchgeschaltet wird. Ein verstärkter Aufsteilerungseffekt läßt sich hierbei erreichen, wenn sekundärseitig zwischen Sekundärwicklung (5) und Kippdiodenkaskade (6) parallel zur Sekundärwicklung ein Kondensator (9) angeordnet wird.

Description

Zündanlagen für Brennkraftmaschinen mit HochspannunαsSchalter
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs, wie sie beispielsweise aus der die DE-OS 37 31 393 bekannt ist.
Bei der genannten Zündanlage kommen Hochspannungsschalter zum Ein¬ satz, die sekundärseitig vorzugsweise im Zündkerzenstecker ange¬ ordnet sind. Als Hochspannungsschaltelemente werden Kippdioden¬ kaskaden verwendet, wobei nach Spannungsfestigkeit einer Einzelkipp¬ diode und je nach gewünschter Kippspannung 10 bis 50 Kippdioden-Ele¬ mente übereinandergestapelt werden. Ein solcher Hochspannungs-Halb- leiterschalter, der schlagartig vom sperrenden in den leitenden Zu¬ stand übergeht, ermöglicht es, die Einflüsse von Nebenschlüssen an der Zündkerze praktisch zu eliminieren. Aufgrund ihrer Eigenkapa¬ zität wirken sich lange Zündleitungen hinter der Kippdiodenkaskade nachteilig auf den Aufsteilerungseffekt der Kippdiodenkaskade aus, weshalb man den Hochspannungs-Halbleiterschalter vorzugsweise im Kerzenstecker anordnet. Im Gegensatz dazu wirken sich relativ lange Leitungen vor der Kippdiodenkaskade positiv aus, da sie durch ihre Eigenkapazität beim leitendwerden des Hochspannungs-Halbleiter- schalters schlagartig die gespeicherte Energie abgeben. Kommen solche Halbleiterschaltelemente bei Doppelfunkenspulen zum Einsatz, so muß man aufgrund der sekundärseitigen Spannungsaufteilung die Kippspannung der Hochspannungs-Halbleiterschalter so gering halten, daß die Kippspannung auf jeden Fall erreicht wird. Allerdings hat das den Nachteil, daß bei einer Kippspannung deutlich unter 11 kV der Aufsteilerungseffekt kaum noch wirksam ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß unabhängig vom Einbauort des Hochspannungs-Halbleiterschaltes in Form einer Kipp- diodenkaskade ein zusätzlicher Kondensator zwischen Zündspule und Hochspannungs-Halbleiterschalter parallel zur Sekundärwicklung sekundärseitig angeordnet ist, so daß auch bei geringer Systemkapa¬ zität ein ausreichend hoher Spannungssprung an der Zündkerze er¬ reicht wird.
Durch die in den ünteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist es, einen keramischen Kondensator zu verwenden, der temperaturabhängig ist in der Weise, daß die Verstärkung des Aufsteilerungseffektes nur bei Kaltstart wirksam wird, beim Betrieb die Kapazität des Kondensators durch Erwärmung stark abnimmt. Dadurch wird der erhöhte Energiebe¬ darf der Zündanlage und damit die erhöhte Belastung der Zündspule durch den Kondensator auf die sehr kurze Kaltstartphase begrenzt.
Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung eines Kondensators bei Doppelfunkenspulen, hier muß trotz der Zuordnung zweier Zündkerzen zu einer Spule nur ein Kondensator eingebaut werden, was zu einer Material und damit Kosteneinsparung führt. 3 -
Letztendlich sei noch erwähnt, daß es vorteilhaft ist, diesen Kondensator wahlweise zu oder abschaltbar zu machen. Man verstärkt also diesen AufSteigerungseffekt nur dann, wenn es systembedingt notwendig ist, zum Beispiel beim Kaltstart, insbesondere bei Konden¬ satoren ohne ausreichende Temperaturabhängigkeit.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den Prinzipaufbau einer Zündanlage, Figur 2 eine Zündanlage mit Doppelfunkenspulen, Figur 3a und 3b Möglichkeiten des Einbau¬ ortes des Hochspannungs-Halbleiterschalters und Figur 4 eine Zündan¬ lage mit sekundärseitig abschaltbarem Kondensator.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt den Prinzipaufbau einer Zündanlage mit einer Zündspule 1, deren Primärwicklung 2 über einen Zündtransistor 3 an eine Spannungsversorgung U , beispielsweise an die nicht dargestellte Batterie eines Kraftfahrzeuges angeschlossen ist. Der Zündtransistor 3 wird in bekannter Weise über eine Steuerklemme 4 angesteuert. Die Sekundärwicklung 5 ist einerseits mit Massepotential und anderer¬ seits über eine Kippdiodenkaskade 6, die als Hochspannungs-Halb- leiterschalter wirkt, und einen Entstörwiderstand 7 mit der Zünd¬ kerze 8 verbunden. Die in Figur 1 dargestellte Zündanlage arbeitet folgendermaßen. Durch Abschalten des durch die Primärwicklung 2 der Zündspule 1 fließenden Stromes mittels des Zundtransistors 3 wird in der Sekundärwicklung 5 zum Zündzeitpunkt eine Spannung induziert, die bei Erreichen der durch die Kippdiodenkaskade 6 vorgegebene Kippspannung ein Durchschalten auf die Zündkerze 8 bewirkt, was zum Auslösen des Zündfunkens führt. Ein sekundärseitiger, -parallel zur Sekundärwicklung angeordneter Kondensator 9 wird, solange die Kipp¬ diodenkaskade 6 sperrt, geladen. Diese Kapazität wird beim Durch¬ schalten der Kippdiodenkaskade 6 freigesetzt und führt so zu einer Verstärkung des Aufsteilerungseffekts. In dieser Figur 1 sind die Kippdiodenkaskade 6 und der Kondensator 9 im Gehäuse 10 der Zünd¬ spule angeordnet, wobei das Gehäuse in dieser Figur symbolhaft gestrichelt dargestellt ist.
Figur 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Figur 1, wobei hier jedoch eine Doppelfunkenspule benutzt wird. Bei dieser Ausführung ist jedem Ende der Zündspule eine Kippdiodenkaskade 6 zugeordnet, wobei die Unterscheidung hier durch entsprechend Indizes a und b erfolgt. Diese Kippdiodenkaskade sind den Spulenenden mit unterschiedlicher Polarität zugeordnet. Der Kondensator 9 zur Verstärkung des Auf- steilerungseffektes ist parallel zur Sekundärwicklung 5 vor die Kippdiodenkaskaden 6a und 6b geschaltet. Ähnlich der Figur 1 sind auch bei dieser Ausführungs orm die Kippdiodenkaskaden und der Kondensator im Zündspulengehäuse 10 angeordnet.
Figur 3a und 3b zeigen einen ähnlichen Aufbau wie in Figur 1, wobei in beiden Fällen der Kondensator 9 im Zündspulengehäuse angeordnet ist. Im Unterschied zu Figur 1 ist bei Figur 3a die Kippdioden- * kaskade im Kerzenstecker 11 und bei Figur 3b in der Kerze 12 ange¬ ordnet. Das hat den Vorteil, daß zum Aufsteilerungseffekt die Eigen¬ kapazität der Zündleitung mit herangezogen werden kann.
Figur 4 zeigt ebenfalls einen Aufbau ähnlich der Figur 1, wobei jedoch hier parallel zur Sekundärwicklung 5 ein Hochspannungs¬ schalter 13 in Reihe zum Kondensator 9 angeordnet ist. Dieser Hoch¬ spannungsschalter kann beispielsweise ein lichttriggerbarer Hoch¬ spannungsschalter sein. Das hat den Vorteil, daß die Wirkung des Kondensators 9 wahlweise zu- oder abschaltbar ist. So wird bei¬ spielsweise beim Kaltstart eine Zuschaltung des Kondensators 9 er¬ folgen, um einen sicheren Zündfunken auch bei stark verrusten Kerzen zu gewährleisten. - 5
Für Zündanlagen mit rotierender Verteilung ist es zur Erzielung eines hohen Aufsteilerungseffektes vorteilhaft, den Kondensator 9 im Zundspulengehäuse und die Hochspannungskippdiode beispielsweise in den Verteilerläufer, den Verteilermittelstecker, in die Zundleitung zwischen Zündspule und Verteiler oder direkt in die Zündspule ein¬ zubauen.

Claims

Ansprüche
1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen, wobei im Sekundärkreis jeder Zündspule mindestens eine Kippdiodenkaskade als Hochspannungs-Halb- leiterschalter jeder Zündkerze vorgeschaltet ist, welche bei einer vorgewählten Spannung zur Erzeugung von Zündfunken vom Sperrzustand schlagartig in den leitenden Zustand übergeht, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Kippdiodenkaskade (6) und ein vor der Kippdioden¬ kaskade parallel zur Sekundärwicklung der Zündspule (1) angeschlos¬ sener Kondensator (9) auf der der Zündkerze (8) entfernten Seite des Zündkabels angeordnet sind.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kon¬ densator (9) ein keramischer Kondensator mit Temperaturgang ver¬ wendet wird, der im erwärmten Zustand eine geringere Kapazität auf¬ weist.
3. Zündanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Doppelfunkenspulen (15) im Spulengehäuse (10) jedem Spulenende eine Kippdiodenkaskade (6a, 6b) zugeordnet und der Kondensator (9) zwischen beiden Kippdiodenkaskaden (6a und 6b) liegt.
4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippdiodenkaskaden (6a, 6b) mit unterschiedlicher Polarität den unterschiedlichen Spulenenden zugeordnet sind.
5. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Kondensator (9) wahlweise zu- oder abschaltbar ist.
6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter ein lichttriggerbarer Hochspannungsschalter (13) zu dem Kondensator (9) in Reihe geschaltet ist.
7. Zündanlage nach Anspruch 5 oder -6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (9) vorzugsweise bei Kaltstart zugeschaltet ist.
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