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Kondensator-Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Kondensator-Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der ein Kondensator
von einem Gleichstrom-Wandler aufgeladen und im Zündzeitpunkt über ein Schaltelement
und über die Primärwicklung einer Zündspule entladen wird, deren Sekundärwicklung
an mindestens eine Zündkerze angeschlossen ist.
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Bei bekannten Kondensator-Zündanlagen ist der Gleichstrom-Wandler
an eine Batterie angeschlossen. Er transformiert die niedrige Gleichspannung der
Batterie auf eine hohe Gleichspannung, so daß der an seinem Ausgang angeschlossene
Kondensator auf die hohe Glei chspannung des genannten Gleichstrom-Wandlers aufgeladen
wird. Das Schaltelement im Entladungskreis des Kondensators ist häufig ein Thyristor,
der im Zündzeitpunkt durch Anlegen einer Steuerspannung stromleitend gemacht wird,
so daß sich die im Kondensator gespeicherte elektrische Energie über die Primärwicklung
der Zündspule entlädt. Dadurch wird in der Sekundärwicklung der Zündspule eine Hochspannung
induziert, die an der Zündkerze einen Zündfunken erzeugt, durch welchen das in den
Zylinder der Brennkraftmaschine eingesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird.
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Bei derartigen Kondensator-Zündeinrichtungen wird zur Erzielung eines
kräftigen Hochspannungszündfunkens an der Zündkerze die Induktivität der Primärwicklung
der Zündspule sehr klein gewählt. Das hat Jedoch den Nnchteil, daß die Dauer des
an der Zündkerze überspringenden Zündfunkens äußerst kurz ist und daß deshalb das
in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht
in ausreichendem Maße gezündet wird. Dadurch werden Fehlzündungen verursacht, die
einen großen Nachteil der bisherigen Ausführung darstellen. Um diesen Nachteil auszuschalten,
wurde schon die Induktivität der Primärwicklung der Zündspule vergrößert und auf
diese Weise die Entladungszeit den Kondensators ulld damit die Dauer des Zeitfunkens
verlängert.
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Dadurch wurde jedoch zwangsläufig der Zündfunke geschwächt und die
Elektroden der Zündkerze werden infolge der unvollständigen Verbrennung den Kinftstoffes
durch lluß verschmutzt, was zu einer geringeren Kriechstromfestigkeit führt. In
diesem Falle wird die elektrische Energie im Laufe der Zeit in zunehmenden Umfang
über
den Kriechstrompfad abgeleitet. Es kommt zu Zündaussetzern
und schließlich zum völligen Ausfall der Zündung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwahnten Nachteile
zu beseitigen und eine Kondensator-Zündanlage zu entwickeln, die durch einen kräftigen
Zündfunken eine Verrußung der Zündkerze verhindert und durch eine ausreichend große
Zündfunkendauer eine sichere und möglichst vollständige Zündung und Verbrennung
des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder der Brennkraftmaschine gewährleistet.
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Pies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Entladung kreis
des vorgenannten Kondensators ein zweiter Kondensator eingeschaltet ist, der mit
der Primärvicklung der Zündspule und dem Schaltelement in Reihe liegt und daß ferner
eine Sättigungsdrossel den zweiten Kondensator und die Primärwicklung derart überbrückt,
daß sich die elektrische Energie des zweiten Kondensators in einer zur Entladung
des ersten Kondensators entgegengesetzten Richtung über die Primärwicklung entlädt.
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Im folgenden soll nun die Erfindung anhand der in den Abbildungen
dargestellten praktischen Ausführungsbeispiele näher erklärt werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Kondensator-Zündein richtung, Fig. 2 ein Schaltbild
eines ersten praktischen Ausführungsbei spiels einer Kondensator-Zündeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 3 zeigt das Sc',bls d eines zweiten praktinchen Ausführungsbeispiels
mit einer zweiteiligen Primärwicklung,
Fig. 4 zeigt das Schaltbild
eines Impulsgebers zur Ansteuerung eines Thyristors im Primärstromkreis der Zündeinrichtung
und Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines Gleichstrom-Durchflußwandlers mit dem daran
angeschlossenen Kondensator der Zündeinrichtung.
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In der Fig. 1 ist eine bekannte Kondensator-Zündanlage dargestellt.
Dort speist eine mit 1 bezeichnete Batterie einen Gleichstrom-Wandler 2. Am Ausgang
des Gleichstrom-Wandlers 2 ist ein Kondensator 3 angeschlossen. Eine Zündspule 4
ist mit ihrer Primärwicklung 4a einerseits mit einem Thyristor 5 in Reihe geschaltet
und andererseits am Kondensator 3 angeschlossen.
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Der Thyristor 5 wird von einem Impulsgeber 6 gesteuert, dessen Steuerimpulse
in Abhängigkeit von der Drehzahl einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine erzeugt
werden. Die Sekundärwicklung 4b, die gemeinsam mit der Primärwicklung 4a der Zündspule
4 auf einem Eisenkern 4c angeordnet ist, ist an eine in der Brennkraftmaschine angeordnete
Zündkerze 7 angeschlossen.
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Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargstellten
bekannten Schaltung beim Betrieb der Brennkraftmasc erläutert werden.
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Ist der Thyristor 5 zunächst gesperrt, dann wird durch die Ausgangsspannung
des Gleichstrom-Wandlers 2 der Kondensator 3 aufgeladen. Die Spannung zwischen den
beiden Klemmen des Kondensetors 3 steigt dabei ungefähr auf den Wert der Ausgangsspannung
des Gleichstrom-Wandlers 2. Sobald nun ':indzeitpunkt im Impulsgeber 6 ein Steuerimpuls
erzeugt wird, gelangt der Thyristor 5 in den leitenden Zustand und die im Kondensator
3 gespeicherte elektrische Ladung wird über die Primärwicklung 4a der Zündspule
4
und den Thyristor 5 entladen. Dabei entsteht in der Sekundärwicklung
4b der Zündspule 4 eine Hochspannung, welche an der Zündkerze 7 einen Zündfunken
zur Folge hat. Nun ist zwar in dem aus der Primärwicklung 4a und dem Thyristor 5
gebildeten Entladestromkreis der Kondensator 3 vollständig entladen worden; durch
die Einwirkung der Induktivität der Primärwicklung 4a wird jedoch der in der Primärwicklung
4a fließende Strom nicht sofort verringert, sondern durch die elektrische Resonanz
zwischen dem Kondensator 3 und der Primärwicklung 4a wird die in der Zündspule 4
nicht verbrauchte Ladung mit entgegengesetzter Polarität erneut auf den Kondensator
3 umgeladen. Wenn nun die Spannung zwischen den beiden Klemmen des Kondensators
3 gegenüber dem Zustand vor der Entladung den maximalen Wert in umgekehrter Polarität
erreicht hat, dann wird der in der Primärwicklung 45 fließende Strom kleiner und
gleichzeitig wird der Thyristor 5 durch die Spannung des Kondensators 3 nach der
Umkehrung der Polarität von einer Gegenvorspannung beaufschlagt und in den Sperrzu
stand gebracht, so daß auch die Steuerimpulse unwirksam bleiben.
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Nun erlischt auch der Zündfunke an der Zündkerze 7 und die Restladung
des Kondensators 3 wird über den inneren Stromkreis des Gleichstrom-Wandlers 2 entladen.
Gleichzeitig mit der Beendigung der Entladung beginnt erneut die Ladung des Kondensators
3 in seiner ursprünglichen Polarität durch den Gleichatrom-Wandler 2.
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Die oben beschriebene Arbeitsweise wiederholt sich sodann und im Zündzeitpunkt
wird der Kondensator 3 erneut über die Primärwicklung 4a und den Thyristor 5 entladen.
Durch die rasche Kondonator entladung wird an der Zündkerze 7 Jeweils ein kräftiger
aber kurzer Zündfunke erzeugt, was zu Zündaussetzern führen kann Und daher für die
Zündaicherheit sehr nachteilig ist.
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Die Fig. 2 zeigt dagegen ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem diese Nachteile vermieden sind. hier ist eine Batterie 11 zur Hochtransformierung
der niedrigen Batterie
spannung auf eine hohe Gleichspannung an
einen Gleichstrom-Wandler 12 angeschlossen. Er besteht aus einem Transformator 12e,
einem Transistor 12b, einem Vorwiderstand 12a, einem Rückkopp lungs-Widerstand 12c,
einem Rückkopplungs-Kondensator 12d auf der Primärseite sowie aus einem zur Beseitigung
der Spitzen-Spannung dienenden Kondensator 12f und einer zur Gleichrichtung der
Spannung auf der Sekundärseite des Transformators 12e dienenden Diode 12g. An den
Ausgang des in der oben erwähnten Weise sufgebauten Gleichstrom-Wandlers 12 ist
ein erster Kondensator 13 angeschlossen. Eine Diode 14 sowie ein zweiter Kondensator
15 sind mit einem Anschluß des ersten Kondensators 13 verbunden. Die Diode 14 ist
mit einer Sättigungsdrossel 16 und der zweite Kondensator 15 ist mit der Primärwicklung
17a der Zündspule 17 in Reihe geschaltet. Beide Reihenschaltungen liegen zueinander
parallel.
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Die Zündapule 17 hat ferner einen Eisenkern 17c und eine Sekundärwicklung
17b, an die eine im Zylinder einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnete
Zündkerze 18 angeschlossen ist.
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Im Primarstromkreis liegt ferner ein Thyristor 19, der durch einen
Impulsgeber 20 zur Entladung der im ersten Kondensator 13 gespeicherten elektrischen
Energie über den zweiten Kondensator 15 und die Primärwicklung 17a der Zündspule
17 ansteuerbar ist.
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Der Impulageber 20 wird von der Batterie 11 gespeist und besteht aus
einem in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine betätigten Schaltelement
20a, einem dazu in Reihe liegenden Kondensator 20c und einem Widerstand 20e sowie
Bus einer Diode 2Od und einem der Strombegrenzung dienenden Widerstand 20b.
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Im folgenden soll nun die Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten
erfindungsgemäßen Zünn::irrichtung erläutert werden, Ist beim Botrieb der Brennkraftmaschine
das Schaltelement 20a geöffnete so wird der erste Kondensator 13 durch ^ spannung
des Gleichstrom-Wandlers 12 aufgeladen. Dabei fließt
weder in der
Sättigungsdrossel 16 noch in der Primärwicklung 17a der Zündspule 17 ein Strom und
im zweiten Kondensator 15 wird keine elektrische Ladung gespeichert. Sobald nun
das Schaltelement 20a geschlossen wird, gelangt über den Kondensator 20c und den
Widerstand 20e von der Batterie 11 her ein Steuerimpuls auf die Steuerelektrode
des Thyristors 19 und dieser wird leitend.
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Dadurch wird die im ersten Kondensator 13 gespeicherte elektrische
Energie über einen aus dem zweiten Kondensator 15, die Primärwicklung 17a der Zündspule
17 und den Thyristor 19 gebildeten Entladungsstromkreis sehr schnell entladen. Ein
zweiter Entladungsstromkreis wird durch die Diode 14 und der Sättigungsdrossel 16
gebildet. Da jedoch die Reaktanz der Sättigungsdrossel 16 größer ist als die Reaktanz
der Primärwicklung 17a der Zündspule 17, entlädt sich die im ersten Kondensator
13 gespeicherte elektrische Energie im wesentlichen über die Primärwicklung 17a
der obengenannten Zündspule 17. Auf diese Weise wird in der Sekundärwicklung 17b
durch den in der Primärwicklung 17a der Zündspule 17 fließenden hohen Entladungsstrom
eine hohe Spannung induziert und zwischen den Elektroden der Zündkerze 18 springt
ein Zündfunke mit hoher Energie und hoher Spannung über. Darnach wird die in der
Zündspule 17 nicht verbrauchte Energie in dem zweiten Kondensator 15 gespeichert
und der erste Kondensator 13 wird dabei vollständig entladen. Da der Steuerimpuls
am Thyristor 19 nur während einer durch den Kondensator 20c und dem Widerstand 20e
des Impulageberp 20 begrenzten Zeit fMeßt, nimmt er in kürzester Zeit sb und der
Thyristor 19 wird wieder gesperrt. Nun wird die im zweiten Kondensator 15 gespeicherte
elektrische Energie über die Diode 14, die Sättigungsdrossel 16 und die Primärwicklung
17e der Zündspule 17 entladen. Der dabei fließende Entladungsstrom wird durch die
große Induktivität der Pättigungsdrossel 16 zurückgedrängt und begrenzt; die zeitliche
Dauer dieses Entladung
vorganges wird länger. Dabei ist die Richtung
des in der Primärwicklung 17a der Zündspule 17 fließenden Entladungsstromes des
zweiten Kondensators 15 der Richtung des bei der Entladung des ersten Kondensators
13 in der Primärwicklung 17a der Zündspule 17 fließenden Entladungastromes gerade
entgegengesetzt. Der an der Zündkerze 18 überspringende Zündfunke erlischt zwar
in dem Augenblick, in dem sich in der Primärwicklung 17a der Zündspule 17 der Entladungastrom
umkehrt. Da jedoch die Funkenstrecke an der Zündkerze 18 durch den ersten Zündfunken
ionisiert ist, wird hier nach der Umkehrung des Stromes in der Primärwicklung 17a
der Zündspule 17 ein erneuter Zündfunke erzeugt, der durch die Wirkung der Sättigungadrossel
16 bei der Entladung des zweiten Kondensators 15 zeitlicn verhältnismäßig lang ist.
Die elektrische Energie im zweiten Kondensator 15 wird dabei zunächst vollständig
entladen. Durch die elektrische Resonanz zwischen der Sättigungsdrossel 16 und der
Primärwicklung 17a der Zündspule 17 einerseits und dem Kondensator 15 andererseita
wird anschließend die nicht verbrauchte Energie mit entgegengesetzter Poiarität
im Kondensator 15 gespeichert. Ein erneutes Entladen des Kondensators 15 wird nun
durch die Diode 14 verhindert und der Zündfunke an der Zündkerze 18 erlischt.
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Sobald nun das Schaltelement 20a des Impulsgebers 20 wieder geöffnet
wird, entlädt sich der Kondensator 20c des Impulsgebers 20 über die Diode 20d und
den Widerstand 20b. Der erste Kor.densator 13 wird bereits nach dem Sperren des
Thyristors 19 durch die Ausgangsßpannung des Gleichstrom-Wandlers 12 erneut aufgeladen.
Wird nun das Schaltelement 20a des Impulsgebers 20 erneut geschlossen, dann ergibt
sich die gleiche Arbeitsweise wir oben beschrieben ist.
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Die Unterbrechungszeit -zwischen den zwei Zündfunken, die durch die
Entladung des ersten und des zweiten Kondensators 13 und 15 erzeugt wird, kann durch
Änderung der Reaktanz der Sättìgungsdrossel
16 beliebig festgelegt
werden.
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In einem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Einrichtung sind für die gleichen Bauelemente die gleichen Bezugszahlen verwendet
worden wie in der Fig. 2.
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Hier ist jedoch zwischen das eine Ende der Primärwicklung 17a der
Zündspule 17 und das eine Ende der Sättigungsdrossel 16 eine Hilfsprimärwicklung
17d eingeschaltet. Der Verbindungspunkt a der Hilfsprimärwicklung 17d urd der Primärwicklung
17a ist mit dem Pluspol des Thyristors 19 verbunden.
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Wenn bei dieser Anlage der Thyristor 19 stromleitend wird, dann entlädt
sich der erste Xondensator 13 über den zweiten Kondensator 15, die Primärwicklung
17a der Zündspule 17 und den Thyristor 19. Durch die dabei in der Sekundärwicklung
17b der Zündspule 17 induzierte Hochspannung wird an der Zündkerze 18 ein erster
Zündfunke erzeugt, dessen Intersität und Zeitdauer der des ersten Zündfunkens in
dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel entspricht;. Da sich die anschließend
im zweiten Kondensator 15 gespeicherte Energie über die Diode 14, die Sättigungsdrossel
16, die Hilfsprimärwicklung 17d und die Primärwicklung 17a entlädt, wiid die Zeitdauer
des dadurch an der Zündkerze 18 erzeugten zweiten Zündfunken durch die Induktivitüt
der oben erwähnten Hilfsprimärwicklung 17d noch mehr ausgedehnt alra im Falle des
ersten Ausführungsbeispieles. Die Zeit dauer des Zündfurikens kann durch Änderung
der Irlduktivitat der Sättigungsdrossel 16 und der Hilfsprimärwicklung 17d beliebig
festgelegt werden.
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Auch darin, wenn ein Teil einer geteilten Sättigungsdrossel 16 als
Hilfsprimärwicklung 17d verwendet wird, läI3t sich die gtoiche Arbeitsweise erreichen,
wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert ist.
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Als Impulsgeber kann auch ein in Fig. 4 dargestellter, magnetischer
Geber 20 verwendet werden, der infolge der Drehbewegung eines mit der Brennkraftsmaschine
umlaufenden Magneten 20f in der Wicklung 29g Spannungsimpulse induziert, die einen
Transistor 20h steuern. Aufgrund der Schaltoperation dieses Transistors 20h werden
an einer aus einem Kondensator 201 und einen Widerstand 20j bestehenden Differentialschaltung
die an Kollektor des Transistors 20h auftretenden Rechteckimpulse differenziert.
Die dabei erhaltenen positiven Spannungsimpulse werden als Steuerimpulse dem Thyristor
19 zugeführt.
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Wie Fig. 5 zeigt, kann an Stelle eines Sperrwandlers gemäß Fig. 2
und 3 auch ein Durchflußwandler zur Speisung der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung
verwendet werden. Ein solcher Gleichstrom-Wandler 12 ist mit zwei Transistor@@ 12h
und 12i versehen, an deren Basis jeweils eine Rückkopelspule eines Transbrmators
12å angeschlossen ist. Dadurch wird ein Freilaufschwingungen erzeugender sogenannter
elektromagnetisch rückgekoppelter Freilaufmultivibrator gebildet. Bei einem derartig
aufgebauten Gleichstrom-Wandler 12 entfällt der zur Beseitigung der Spitzenspannung
dienende Kondensator 12f (Fig. 2). Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich,
als Schaltungselement für die Entladung der elektrischen Energie im ersten Kondensator
13 über den zweiten Kondensator 15 und die Primärwicklung 17a der Zündspule 17 an
Stelle des Thyristors 19 einen Transistor oder- dergleichen oder ein Schaltelement
mit mechanischem Kontaktaufbau zu verwenden.