DE1965152C3 - Elektronisches Zündsystem für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Elektronisches Zündsystem für BrennkraftmaschinenInfo
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- 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
- F02P3/06—Other installations having capacitive energy storage
- F02P3/08—Layout of circuits
- F02P3/0876—Layout of circuits the storage capacitor being charged by means of an energy converter (DC-DC converter) or of an intermediate storage inductance
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Description
Kondensatorentladung ohne Zwischenspcichc- len- und Kondensator-Zündsysiemeüi.
rung zusatzliche Energie aus der Batterie (1) zu- Vor den Spulcn/ündungen, seien sie nun koniakl-
führt, wobei die Dauer dieser FTnergienachlicfe- gesteuert oder transistorisiert, haben Kondensator-
rung durch eine an sich bekannte, aus Halbleiter- so zündungen folgende Vorteile: Hoher elektrischer
bauelementen aufgebaute Kippschaltung (6, 14) Wirkungsgrad, geringe Stromaufnahme bei niedriger
gesteuert wird. Drehzahl der Brennkraftmaschine, hohe Zündlei-
2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch ge- stung unabhängig von der Drehzahl und sehr schnelkennzcichnet,
daß der Halbleiter-Schalter (4) ein ler Spannungsanstieg auf der Hodispannungsseile.
Thyristor und der Schalter (10) ein Transistor ist. 25 Außerdem läßt sich bei ihnen gemäß einem älteren
3. Zündsystem nach Anspruch 1 und 2, da- Vorschlag in einfacher Weise die Höhe der abgegedurch
gekennzeichnet, daß die Zündspule (7) pri- benen Spannung von der eingespeisten Spannung
märseitig mit dem einen Pol der einpolig an praktisch unabhängig machen (vgl. dazu deutsche
Masse liegenden Glcichspannungsquclle (1) di- Offenlcgungsschrift ! 539 195.4 vom 23. November
rekt verbunden ist. 30 1973).
4. Zündsystem nach An pruch 1, 2 oder 3, da- Spulenzündungen haben demgegenüber den Vordurch
gekennzeichnet, daß der nicht im Konden- teil einer relativ langen Zeitdauer der elektrischen
sator-Entladestromkreis liegende Halbleiter- Entladung. Bei reinen Kondensator-Zündsystemen
Schalter (10) zugleich auch den Primärstrom des gelingt es nicht, diese Dauer über wenige Zehntel
Gleichspannungswandler schaltet. 35 einer Millisekunde hinaus auszudehnen, es sei denn,
5. Zündsystem nach Anpruch 4, dadurch ge- man wendet Maßnahmen an, durch die andere Vorkennzeichnet,
daß die Primärwicklung der Zünd- teile der Kondensatorzündung verlorengehen. Dieser
spule (7) über eine Diode (9) zur Primärwicklung Nachteil gegenüber der Spuienzündung kann durch
des Wandlertransformators (11) parallel geschal- höhere Intensität der Entladung nur zum Teil wettgetct
ist. 40 macht werden.
6. Zündsystem nach Anspruch 5. dadurch ge- Andererseits ist die Dauer der Entladung bei Spukennzeichnet,
daß das übersetzungsverhältnis des lenzündsytemen meist erheblich langer "as notwen-Wandlertransformators
(11) so bemessen ist, daß dig, so daß ein großer Teil der gcspeiciierten Energie
die nach dem Abschalten des Batteriestromes abfließt, während das Gasgemisch schon brennt, was
durch den Schalter (10) an der Zündspule (7) 45 der Intensität des Zündfunkens in der Zeit des
auftretende Rückschlagspannung keine ungewoll- eigentlichen Zündvorgangs abträglich ist.
ten Entladungen im Hochspannungskreis hervor- Es ist bereits eine Einrichtung bekanntgeworden,
ruft- bei der ein Transistor im Zündzeitpunkt die Energie
aus einem geladenen Kondensator in die Primärwick-50
lung einer Zündspule leitet und gleichzeitig zur Verlängerung der Funkenstandzeit die Spannung der
speisenden Batterie über einen Gleichrichter an die
Zündspule anlegt. Derselbe Transistor schließt zugleich den Magnelisierungsstromkreiis für eine Lade-55
drossel zum Wiederaufladen des Kondensators. Hierbei wird die Dauer des Stromflusses durch einen
Transformator mit sättigbarem Schaltkern gesteuert.
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Zündsy- Die Anwendung eines Transistors für das Entla-
stem für Verbrennungsmotoren mit einem Speicher- den des Kondensators in die Zündnpule bedingt jekondensator,
der über einen Gleichspannungswand- 60 doch wegen dessen begrenzten Sperrvermögens das
ler geladen und im Zündzeitpunkt in einen Hoch- Arbeiten bei relativ niedriger Spannung an großen
Spannungstransformator (Zündspule) entladen wird. Kapazitäten. Infolge des ebenfalls nicht sehr hohen
Das schnelle und gründliche Durchzünden des ver- Stromschaltvermögens von Transistoren kann die
dichteten Gasgemisches in einem Otto-Motor erfor- Entladung nicht in der kurzen Zeit erfolgen, wie sie
dert eine elektrische Entladung an den Elektroden 65 für einen sehr schnellen Spannungsanstieg auf der
der Zündkerze von hoher Temperatur und ausrei- Hochspannungsseite erforderlich wäre. Hinzu
chender Dauer. Bei den konventionellen Zündsyste- kommt, daß im Stromkreis des Transistors zusätzlich
men wird die Entladung eingeleitet durch einen kurz- noch eine Wicklung auf dem Schalttransformator
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liegt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß wahrend der Stromflußzeit zum Magnetisieren des Zündspulenkerns ein nicht geringer Energieanteil aufgebracht werden muß, der nicht nutzbringend verwertet
werden kann.
Bei keinem der bekannten Systeme hat man es in der Hand, die Verteilung der verfügbaren Energie
auf Funkenkopf und Nachentladung su zu beeinflussen, daß ein Optimum erzielt wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- ίο
steht darin, ein Zündsystem zu schaffen, bei dem die Vorteile der bekannten Kondensatorzündungen voll
zur Geltung kommen und außerdem eine kräftige Nachentladung in Form eines Gleichstrom-Lichtbogens von z. B. etwa 1 ms Dauer erzeugt werden kann.
Durch besonders intensives Durchzünden soll damit eine bessere Ausnutzung des Gasgemisches erzielt
werden, was einen verbesserten Wirkungsgrad de·/ Brennkraftmaschine und einen verringerten Anteil an
uiuerhrannten ui. 1 giftigen Bestandteilen im Abgas 2u
zur Folge hat. Ferner sollen durch die Erfindung Starts erhallen. Kaltlaufcigenschaften und Lkistizilät
des Motors verbessert werden
Die Lösung der vorerwähnten Aufgabe besteht erfii'dungsgemäß
darin, daß zwei Halbleiter-Schaller so mit der Zündspule verbunden sind, daß ihr im
Zündzeitpunkt der eine Schalter die im Kondensator gespeicherte Energie und der andere Schalter im Anschluß
an die Kondensatorentladung ohne Zwischenspeicherung zusätzliche Energie zuführt, wobei die
Dauer dieser Flnergienachliefcrung durch eine an sich
bekannte, aus Halbleiterbauelementen aufgebaute Kippschaltung gesteuert wird.
In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist der zuerst genannte Schalter ein Thyristor, währcnd
für den zweiten Schalter ein Transistor Anwendung findet.
Die Erfindung stellt also keine reine Kondensator zündung dar, weil nur ein Teil der Zündenergie
einem Speichcrkondensaior entnommen wird: sie ist auch keine Spuienzündung, weil eine induktive Speicherung
nicht stattfindet. Sie stellt vielmehr den beiden bisher bekannten Grundtypen batteriebetriebener
Zündsysteme, der Spuienzündung und der Kondensatorzündung, eine dritte, neue Kategorie an die
Seite, die den Vorteil hat, daß sowohl der Funkenkopf als auch die Nachentladung durch geeignete Diniensionierung
auf optimale Werte der Zeitdauer und Intensität gebracht werden können.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen. Es zeigt
F i g. 1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild, F i g. 2 ein Schaltschema einer speziellen Ausführungsform,
Fig. 3 ein Gesamtschaltbild eines funktionsfähigen A'jsführungsbeispicls einer Zündanlage nach der
Erfindung.
Die Zündanlage nach F i g. 1 wird von einer Batterie
1 von z.B. 12V gespeist. Der Speicherkondensator 2 ist mit einem Gleichspannungswandler 3 so verbunden,
da^ er, sooft er entladen wird, nach angemessener
Zeil wieder auf eine Spannung von z. 35OV aufgeladen wird. Zum Entladen des Kondensators
2 ist der Thyristor 4 vorgesehen, der an den am Verbrennungsmotor angebrachten Geber 5 (Un-
tcrbrecher) übet einen Impulsformer 6 so angekoppelt
ist, daß er im Zündzeitpunkt leitend wird und die Ladung des Kondensators 2 an die Primärwickluitg
der als Hachspannungs-Zündtransforraator wirkenden
Zündspule 7 abgibt, an deren Sekundärwicklung die Zündkerze 8 angeschlossen ist. An dieser erfolgt
bei dem geschilderten Vorgang ein Hochspannungsüberschlag in Form eines Funkenkopfes. Menrere
Kerzen können in üblicher Weise über eii^n
(nicht dargestellten) Verteiler versorgt werden.
Außer den hier aufgeführten Einrichtungen, die
dem bekannten Stand der Technik entsprechen, besitzt
die Anordnung gemäß der Erfindung noch einen zusätzlichen Stromkieis, durch den ein Strom aus der
speisenden Stromquelle (Batterie 1) ohne Zwischenspeicherung direkt durch die Primärwicklung der
Zündspule? fließen kann, sofern die beiden Schaltglieder 9 und 10 in den leitenden Zustand versetzt
werden. Dieser Stromkreis ist in Fig. 1 mit dicken Linien dargestellt.
Hier/u ist der Impulslormci 6 so beschaffen, daß
er in jedem Zündzeitpunkt 'licht nur einen Nadelimpuls 21 zum Ansteuern des Thyristors 4, sondern
gleichzeitig einen Rechleckimpuls 20 zum Ansteuern des Schalttransistors 10 abgibt, der diesen auf eine
den Erfordernissen angepaßte Dauer leitend macht.
Der im Zündzeitpunkt durchlässige Thyristor schaltet in bekannter Weise den Kondensator 2 an
die Primärwicklung der Zündspule 7. wobei die am
> .1 -Jeiisator stehende Spannung infolge des daraufhm
fließenden Entiadestromes in sehr kurzer Zeit abfallt. Solange diese Spannung höher ist als die der
Batterie, hält sie, wie aus F i 2. 1 ersichtlich ist. die Diode 9 gesperrt, so daß der obengenannte zusätzliehe
Stromkreis noch offen ist. Gegen Ende der F.ntladung
von Kondensator 2 geht auch die Diode 9 in den leitenden Zustand über, worauf die Batterie die
weitere Lieferung von Primärstrom übernimmt.
Da durch ocn von der Kondcnsato-'adung hcrruhrenden
hochgespannten Funkenkopf an der Zundkerze 8 die Gasstrecke zwischen deren Elektroden
zuvor ionisiert und somit leitend gemacht worden ist. kann anschließend ein Lichtbogen bei einer Brennspannung
von einigen hundert Volt aufrechterhalten werden. Die Zündspule 7 ist so bemessen, daß sie die
ihr zugeführte Spannung auf eine hierzu ausreichcnde
Höhe übersetzt. Der aus der Batterie nachgelieferte Primärstrom sorgt dafür, daß in de. Zundspule
7 ein Magnetfeld mit zeitlich ansteigender Flußdichte aufgebaut wird, das die zum Weitcrfließcn
des Lichtbogenstromes erforderliche EMK in eier Sekundärwicklung erzeugt.
Bei entsprechender Dimensionierung der Schaltelemente
kann mit dieser Einrichtung die Brenndauer der Zündfunken bei hoher Intensität auf one
für den Verbrennungsablauf im Motor optimale
Dauer ausgedehnt und durch Abschalten mit dem Transist τ 10 zu einem festgelegten Zeitpunkt abge
brachen werden. Dadurch läßt sich eine unnötig und
unerwünscht lange Standzeit des Lichtbogens vcrmeiden, die sich auf den Stromverbrauch und auf die
Lebensdauer der Zündkerzen nachteilig auswirken kann.
F ig. 2 zeigt als weitere Ausführungsiorm eine
Schaltung, bei der für den Spannungswandler (■>
in Fig. 1) eine Einrichtung gemäß deutscher Of ten Ic-
gungsschrift 1539 195.4-33 vom 23. 3. IWZ zum
Laden des Kondensators 2 benutzt wird. Dabei1 wiro
der Transistor 10, der die oben beschriebene hunK-tion
hat, zugleich auch als Schalter fur den Pn marstrom des Transformators 11 mitbenutzt. Legerer
lädt in bekannter Weise über die Diode 12 den Kondensator
2 auf. wenn der Transistor 10 den Primärstrom sperrt.
Das Sperren erfolgt zu dem Zeitpunkt, in dem die magnetische Energie im Transformator 11 auf den
für das Laden des Kondensators 2 auf eine bestimmte Spannung erforderlichen Wert angestiegen
ist. Die Steuerung des Transistors 10 erfolgt entsprechend der Arbeitsweise von Fig. 1 durch eine
Steuereinrichtung, die in Fig. 2 als Trigger 14 be- to zeichnet ist, welcher hier in Form einer an sich bekannten
monostabilen Kippstufe ausgeführt ist. Der Trigger 14 liefert in jedem Zündzeitpunkt an den
Transistor 10 einen Rechteckimpuls von passender Dauer, von dem auch, wie in Fig. 2 angedeutet, ein
Steuerimpuls für den Thyristor 4 abgeleitet werden kann. Somit entspricht diese Anordnung, soweit es
den Kondensatorlade- und -entladekreis betrifft, grundsätzlich den in F i g. 1 bis 3 des obengenannten
Patents dargestellten Schaltbeispiclen.
Hinzu kommt erfindungsgemäß der an Hand der Fig. 1 erläuterte zusätzliche Stromkreis, durch den
der Batterie 1, außer der im Kondensator 2 zwischengespeicherten Energie, zur Speisung einer wirksamen
Nachentladung an der Zündkerze weitere Energie entnommen und der Zündspule 7 zugeführt wird.
Die Zeitdauer, auf die der Transistor 10 durchgesteuert wird, kann den Erfordernissen für die Dauer
der Nachentladung angepaßt werden, während die Energiemenge, die den Funkenkopf erzeugt, durch
geeignete Dimensionierung der Primärinduktivität des Transformators 11 beeinflußbar, frei gewählt
werden kann.
Die in Fig. 2 dargestellte Kombination der Kondcnsator-Ladeschaltung
gemäß dem obengenannten Patent mit einer Anordnung nach Fig. 1 ergibt folgende
zusätzliche Vorteile:
1. Der für die Steuerung der Ladeschaltung erforderliche
Impulsformer kann für das Schalten der zusätzlichen Energiezufuhr für die Nachentladung
mitverwendet werden, wodurch der Aufwand an Bauteilen praktisch nicht höher ist als
bei einer reinen Kondensatorzündung.
2. Da der den Transistor 10 durchfließende Primärstrom der Zündspule? unter praktischen
Bedingungen einen zeitlich abfallenden Verlauf hat, derjenige des Transformators 11 dagegen
zeitlich ansteigt, erreichen beide Ströme ihre Spitzenwerte nicht gleichzeitig, sondern nacheinander,
so daß eine Addition derselben nicht eintritt. Darum braucht der Transistor 10 nicht
wesentlich stärker dimensioniert zu werden als bei einfacher Kondensatorzündung.
3. Die beim Abschalten des Transistors 10 in der Zündspule 7 frei werdende Energie, die sich als
Magnetisierung während des primären Strom-
55 flusscs in ihrem Kern angesammelt hat, kann
zum Wicdcrauflaclcn des Kondensators 2 zurückgewonnen werden. Fig. 2 läßt erkennen,
daß für diesen Vorgang die Primärwicklung der Zündspule 7 /u derjenigen des Transformators
11 (über die Diode 9) parallel geschaltet ist. Letzterem wird dadurch (lic überschüssige Hncrgic
zugeführt.
4. Ein zu hohes Ansteigen der primären Spannungsspitze
in diesem Augenblick, das zu unerwünschten Rückzündungen führen kann, läßt sich durch geeignete Bemessung des Übersetzungsverhältnisses
im Transformator 11 verhindern.
5. Die Vorteile der Zündeinrichtung nach dem obengenannten Patent bleiben bei einer Anordnung
nach Fig. 2 voll erhalten, hier insbesondere die Erzielung einer konstanten, in weiten
Grenzen von Drehzahl und Batteriespannung unabhängigen Ladespannung am Kondensator 2
bei geringem Gesamtaufwand.
In F <g. 3 ist ein vollständiges Gesamtschaltbild
einer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildenden funktionsfähigen Zündanlage dargestellt. Lediglich
einige Zusatzeinrichtungen, die in einer praktischen Ausführung die Betriebssicherheit unter besonderen
Bedingungen erhöhen sollen, jedoch die grundsätzliche Wirkungsweise nicht berühren, sind hier der
Übersichtlichkeit halber weggelassen.
An Stelle des Transistors 10 besitzt diese Schaltung zur Erhöhung der Stromverstärkung ein von
den Transistoren 15 und 16 gebildetes Darlington-Paar. Die Transistoren 17 und 18 bilden eine an sich
bekannte monostabile Kippschaltung. Bei der die Basis des Transistors 17 an den Kollektor des Transistors
18 angekoppelt ist und die Rückkopplung über den Widerstand 19 und den Kondensator 23 erfolgt.
Die zwischen dem motorgetriebenen Unterbrecher 5 und der Basis des Transistors 18 liegenden Schaltelemente
dienen dazu, der Basis des Transistors 18 einen kurzen positiven Steuerimpuls zu erteilen,
wenn die Unterbrecherkontakte im Zündzeitpunkt öffnen. Dadurch werden der Transistor 18 und alle
nachgeschalteten Transistoren in den leitenden Zustand versetzt und der oben beschriebene Zündvorgang
ausgelöst. Dieser Schaltzustand wird durch die Rückkopplung über die Elemente 19 und 23 so lange
aufrechterhalten, bis die Zenerdiode 13 leitend wird, was das Zurückkippen der Schaltung in den Sperrzustand
zur Folge hat. Nach dem Abschalten des Primärstromes des Transformators 11 erfolgt auch hier
wieder das Laden des Kondensators 2 zur Vorbereitung des nächstfolgenden Zündvorganges.
Die übrigen Einzelheiten der Schaltung nach F i g. 3 entsprechen ganz den Schaltungen nach
F i g. 1 und 2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Elektronisches Zündsystem für Verbren- In der auf diese Weise elektrisch leitend gewordenen
nungsmotoren mit einem Speicherkondensator, 5 Gasstrecke fließt im Anschluß daran bei einem
der über einen Gleichspannungswandler geladen Brucbteii der Durchschlagspannung die relativ ener-
und im Zündzeitpunkt in einen Hochspannungs- giereiche Nachentladung, die so lange andauert, bis
zündtransformator (Zündspule) entladen wird, der zuvor gespeicherte Energievoirrat aufgebraucht
und mit einer Einrichtung zur Nachlieferung wei- ist. Wie Messungen gezeigt haben, ist für den Wirterer
Energie aus der speisenden Stromquelle w kungsgrad von Ottomotoren eine Brenndauer der
(Batterie) an die Zündspule, dadurch ge- Gasentladung voo 0,6 bis 0,8ms sinnvoll und vorteilkennzeichnet,
daß zwei Halbleiter-Schalter haft.
(4, 10) so mit der Zündspule (7) verbunden sind. Bei den bekannten Hochspannungs-Zündsystemen
daß ihr im Zündzeitpunkt der eine Schalter (4) wird die gesamte Energie für jeden Zündfunken ent-
die im Kondensator (2) gespeicherte Energie und 15 weder induktiv oder kapazitiv zwischengespeichert
der andere Schalter (10) im Anschluß an die Dementsprechend unterscheidet nvm -wischen Spu-
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691965152 DE1965152C3 (de) | 1969-12-18 | 1969-12-18 | Elektronisches Zündsystem für Brennkraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691965152 DE1965152C3 (de) | 1969-12-18 | 1969-12-18 | Elektronisches Zündsystem für Brennkraftmaschinen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1965152A1 DE1965152A1 (de) | 1971-06-24 |
DE1965152B2 DE1965152B2 (de) | 1974-02-21 |
DE1965152C3 true DE1965152C3 (de) | 1974-10-03 |
Family
ID=5755140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19691965152 Expired DE1965152C3 (de) | 1969-12-18 | 1969-12-18 | Elektronisches Zündsystem für Brennkraftmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1965152C3 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3442017A1 (de) * | 1984-11-16 | 1986-05-28 | Vogler, Johannes, Dipl.-Ing. (FH) Dipl.rer.pol., 8500 Nürnberg | Zuendfunkenerzeuger fuer ottomotoren |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3870028A (en) * | 1973-04-18 | 1975-03-11 | Diamond Electric Mfg | Ignition system for internal combustion engines |
US6701904B2 (en) * | 2001-05-17 | 2004-03-09 | Altronic, Inc. | Capacitive discharge ignition system with extended duration spark |
-
1969
- 1969-12-18 DE DE19691965152 patent/DE1965152C3/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3442017A1 (de) * | 1984-11-16 | 1986-05-28 | Vogler, Johannes, Dipl.-Ing. (FH) Dipl.rer.pol., 8500 Nürnberg | Zuendfunkenerzeuger fuer ottomotoren |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1965152A1 (de) | 1971-06-24 |
DE1965152B2 (de) | 1974-02-21 |
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