DE2139360B2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit kapazitivem und induktivem Energiespeicher - Google Patents
Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit kapazitivem und induktivem EnergiespeicherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündtransformator, an
dessen Primärwicklung ein Kondensator als kapazitiver Energiespeicher angeschlossen ist, mit einer Zündspule
als induktiver Energiespeicherund mit mindestens einer Zündkerze, welche an die durch spannungsabhängige
Schaltelemente voneinander entkoppelten Sekundärwicklungen des Zündtransformators und der Zündspule
angeschlossen ist. Eine solche Zündanlage ist beispielsweise aus der DE-AS 12 34 446 bekannt.
Bei derartigen bekannten Zündanlagen wird der Kondensator über einen batteriegespeisten Gleichstromwandler
aufgeladen und die Primärwicklung der Zündspule ist an eine Akkumulator-Batterie angeschlossen.
Im Zündzeitpunkt wird der Kondensator über die Primärwicklung des Zündtransformators entladen und
der Primärstrom in der Zündspule wird gleichzeitig unterbrochen. Die dabei in der Sekundärwicklung des
Zündtransformators sowie in der Zündspule induzierte Hochspannung wird unmittelbar oder über einen
Zündverteiler einer Zündkerze zur Erzeugung eines kräftigen und ausreichend langen Zündfunkens geführt.
Es ist bekannt, die gegenseitige Beeinflussung der beiden Sekundärwicklungen dadurch zu unierbinden,
daß sie über jeweils eine Hochspannungsdiode zueinander und zur Zündkerze parallel geschaltet sind.
Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die von den Hochspannungsdioden zu sperrende Spannung im
Falle einer Zündunterbrechung oder eines Aussetzens
ίο des Zündfunkenüberschlags an der Zündkerze über die
maximale Leerlaufspannung von 20 bis 25 kV an der Sekundärwicklung des Zündtransformators hinausgeht
Diese hohe Spannung wird dadurch hervorgerufen, daß die Leitung auf der Sekundärseite des Zündtransformators
aufgrund ihrer Kapazität bei Zündaussetzern auf das negative Maximum der Leerlaufspannung aufgeladen
wird. Sobald nun die Leerlaufspannung vom negativen zum positiven Potentialmaximum durchschwingt
tritt an der Diode eine zu sperrende Spannung auf, die etwa doppelt so hoch ist wie die Leerlaufspitzenspannung
an der Sekundärwicklung des Zündtransformators. Durch diese Hochspannung wird vielfach die
Diode zerstört und die Zündanlage fällt aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine zweckmäßige Anordnung spannungsabhängiger Schaltelemente im Sekundärstromkreis der Zündanlage diese Mängel zu vermeiden und die Funktionssicherheit der Zündanlage zu erhöhen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein erstes spannungsabhängiges Schaltelement zwischen den beiden Sekundärwicklungen liegt, daß ein zweites spannungsabhängiges Schaltelement die Sekundärwicklung der Zündspule sowie das erste spannungsabhängige Schaltelement überbrückt und daß die Zündkerze zwischen den freien Anschlüssen der beiden Sekundärwicklungen angeschlossen ist. Die spannungsabhängigen Schaltelemente sind dabei vorzugsweise Hochspannungsdioden, die zueinander in gleicher Durchlaßrichtung geschaltet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine zweckmäßige Anordnung spannungsabhängiger Schaltelemente im Sekundärstromkreis der Zündanlage diese Mängel zu vermeiden und die Funktionssicherheit der Zündanlage zu erhöhen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein erstes spannungsabhängiges Schaltelement zwischen den beiden Sekundärwicklungen liegt, daß ein zweites spannungsabhängiges Schaltelement die Sekundärwicklung der Zündspule sowie das erste spannungsabhängige Schaltelement überbrückt und daß die Zündkerze zwischen den freien Anschlüssen der beiden Sekundärwicklungen angeschlossen ist. Die spannungsabhängigen Schaltelemente sind dabei vorzugsweise Hochspannungsdioden, die zueinander in gleicher Durchlaßrichtung geschaltet sind.
Die Erfindung weiterausbildende Einzelheiten sind an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer Zündanlage mit einem kapazitiven und einem induktiven Energiespeieher;
F i g. 2 zeigt den Spannungsverlauf an den verschiedenen Elementen im Hochspannungsstromkreis der
Zündanlage für den Leerlauffall, bei dem kein Zündfunke zustande kommt.
Die Zündanlage wird von einer Akkumulatorbatterie 1 versorgt, an die ein an sich bekannter Gleichstromwandler
2 angeschlossen ist. Der Ausgang des Gleichstromwandlers 2 ist über eine Diode 3 mit einem
als kapazitiver Energiespeicher dienenden Kondensator 4 verbunden, der mit der Primärwicklung 5 eines
Zündtransformators 6 in Reihe liegt. Der andere Anschluß der Primärwicklung 5 liegt an Masse. Parallel
zu dieser Reihenschaltung von Kondensator 4 und Primärwicklung 5 liegt ein kathodenseitig ebenfalls mit
Masse verbundener Thyristor 7. Der Pluspol der Batterie 1 ist ferner mit dem Emitter eines Transistors 8
verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand 9 mit einem Anschluß der Primärwicklung 10 einer als
induktiver Energiespeicher dienenden Zündspule 11 verbunden ist, deren anderer Anschluß an Masse liegt.
Die Sekundärwicklungen 12 und 13 des Zündtransformators S und der Zündspule 11 sind in Reihe geschaltet.
In der Verbindungsleitung zwischen beiden Sekundär-
wicklungen 12 und 13 liegt eine erste Hochspannungsdiode 14. Eine zweite Hochspannungsdiode 15 überbrückt
die Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11 sowie die Hochspannungsdiode 14. Beide Hochspannungsdioden
14 und 15 liegen in gleicher Durchlaßrichtung und sind anodenseitig miteinander verbunden. Die zweite
Diode 15 liegt kathodenseitig an Mass,-.· Zwischen den
freien Anschlüssen der beiden Sekundärwicklungen 12 und 13 ist eine Zündkerze 16 angeschlossen.
Die Kapazität der Sekundärwicklungen 12 und 13 und der daran acgeschlossenen Leitungen ist durch einen
Kondensator 17 dargestellt, der parallel zur Zündkerze 16 gestrichelt eingezeichnet ist. Da das eine Ende der
Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 über die Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11 sowie über
die Hochspannungsdioden 14 und 15 und nicht wie bekannt unmittelbar an Masse liegt, wird beim Betrieb
der Zündanlage zwischen der Sekundärwicklung 12 und der mit einem Anschluß an Masse liegenden Primärwicklung
5 des Zündtransformators 6 eine Wicklungskapazität wirksam, die als Kondensator 18 parallel zur
Hochspannungsdiode 15 gestrichelt eingezeichnet ist.
Bei eingeschalteter Zündanlage lädt der Wandler 2 den Kondensator 4 über die Diode 3 auf eine positive
Spannung von etwa 400 V. Der Thyristor 7 ist dabei gesperrt. Ferner fließt ein Strom über der. Transistor 8
und den Widerstand 9 durch die Primärwicklung 10 der Zündspule 11, in der dabei ein starkes Magretfeld
aufgebaut wird. Im Zündzeitpunkt wird nun der Thyristor 7 durch Anlegen eines Spannungsimpulses an
seine Steuerelektrode in den leitenden Zustand umgeschaltet. Der Kondensator 4 wird nun über den
Thyristor 7 und über die Primärwicklung 5 des Zündtransformators 6 entladen. Der Entladungsstromstoß
in der Primärwicklung 5 hat in der Sekundärwick- κ lung 12 des Zündtransformators 6 einen Hochspannungsimpuls
zur Folge, der über die Diode 15 auf die Zündkerze 16 gelangt. Der starke Spannungsimpuls
führt selbst bei stark verschmutzten und verrußten Zündkerzen zu einem kräftigen Zündfunken. Gleichzeitig
mit dem Anlegen eines Steuerimpulses am Thyristor 7 oder zeitlich ein wenig früher oder später wird der
Transistor 8 durch einen an seine Basis angelegten Spannungsimpuls gesperrt und damit der Strom in der
Primärwicklung 10 der Zündspule 11 unterbrochen. Das Magnetfeld der Zündspule 11 bricht zusammen und in
der Sekundärwicklung 13 wird nun eine Hochspannung induziert, die über die Hochspannungsdiode 14 und die
Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 den Zündfunken an der Zündkerze 16 über eine ausreichend
lange Zeit aufrecht hält.
Es hat sich nun als zweckmäßig erwiesen, den Transistor 8 einige Mikrosekunden vor dem Einschalten
des Thyristors 7 zu sperren. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß nach dem Auftreten des starken
Spannungsimpulses in der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 der Zündfunke an der Zündkerze
16 durch die dann bereits vorhandene Hochspannung in der Sekundärwicklung 13 der Zündspule ohne Unterbrechung
aufrechterhalten wird.
Bei dieser Schaltungsanordnung der Dioden 14 und 15 wird zwar die Sekundärspannung der Zündspule 11
durch die Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 beeinflußt; dieser Einfluß ist aber unerheblich, da die
Sekundärinduktivität der Zündspule 11 wesentlich größer ist als die des Zündtransformators 6. Während
die Diode 15 die Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11
von der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 entkoppelt, indem sie die Zündspule 11 sekundärseitig
überbrückt soll die Hochspannungsdiode 14 verhindern, daß beim Einschalten des Transistors 8 die in der
Zündspule 11 zu speichernde Energie sekundärseitig abfließt
Die im Leerlauf an den einzelnen Elementen im Hochspannungsstromkreis der Zündanlage auftretenden
zeitlichen Spannungsverläufe sind in Fig.2 dargestellt Die Spannung Un tritt an eier Sekundärwicklung
12 des Zündtransformators 6, die Spannung Un an der Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11, die
Spannung U\t am Hochspannungsanschluß der Zündkerze
16, die Spannung Uu an der Hochspannungsdiode
14 und die Spannung i/15 an der Hochspannungsdiode
15 auf.
Bei der Entladung des Kondensators 4 tritt in der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 im
Leerlauf zunächst ein steiler und starker negativer Spannungsimpuls auf. Die Spannung Un schwingt
anschließend durch Null in den positiven Bereich und verläuft schließlich mit einer kleinen negativen Spannungshalbwelle
gegen Null. Beim Unterbrechen des Primärstromkreises der Zündspule 11 wird in der
Sekundärwicklung 13 eine im Vergleich zur Spannung U\2 langsamer auf ihren negativen Maximalwert
ansteigende Spannung Un induziert, die nach einer Zeit
von mehreren 100 Mikrosekunden allmählich auf einen kleinen positiven Wert durchschwingt und dann in einer
gedämpften Schwingung gegen Null geht. Die Spannung L/|6 am Hochspannungsanschluß der Zündkerze 16
wird bei der Entladung des Kondensators 4 durch die Sekundärspannung Un ebenfalls sprungartig negativ.
Während der negativen Halbwelle der Sekundärspannung Un der Zündspule 11 überlagert sich diese der
Sekundärspannung i/12 des Zündtransformators 6 und
der Kondensator 17 wird dadurch auf eine negative Spannung von etwa 20 kV aufgeladen. Wie der Verlauf
der Spannung U\b zeigt, entlädt er sich anschließend
ganz allmählich über die in Sperrichtung beanspruchten Dioden 14 und 15. Die Spannung Uu. an der
Hochspannungsdiode 14 entspricht vor dem Zündzeitpunkt Zzp der Spannung U\b. Sobald nun an der
Sekundärwicklung 13 die negative Spannung Un auftritt, kommt die Diode 14 in den Durchlaßbereich.
Die Spannung Uu fällt nun auf die Durchlaßspannurg
der Diode 14. Nachdem nun die Sekundärspannung Un ihren Maximalwert überschritten hat, wird die Spannung
U\a an der Diode 14 erneut negativ. Die Diode 14
sperrt und der Verlauf der gesperrten Spannung Uu
ergibt sich nun aus der Differenz zwischen der Spannung i/u und der Spannung U\b (U\b-Un)\ sie
beträgt maximal etwa 25 kV. Auch die Spannung i/15 an
der Hochspannungsdiode 15 entspricht zunächst der Spannung Uit am Kondensator 17 bzw. an der
Zündkerze 16. Während der ersten negativen Halbwelle der Spannung U12 an der Sekundärwicklung 12 des
Zündtransformators 6 liegt die Hochspannungsdiode 15 in Durchlaßrichtung. Die Spannung i/15 fällt dabei auf
die DiodendurchlaBspannung und der Kondensator 17 wird auf etwa 30 kV aufgeladen. Während der zweiten,
positiven Halbwelle der Spannung U\2 in der Sekundärwicklung
12 liegt die Hochspannungsdiode 15 in Sperrichtung. Daraus ergibt sich, daß während dieser
zweiten Spannungshalbwelle die Sekundärwicklung 12 an die Reihenschaltung aus den Kondensatoren 17 und
18 angeschlossen ist. Der Kondensator 18 wird jetzt von dem Kondensator 17 teilweise aufgeladen und es findet
eine Spannungsaufteilung zwischen beiden Kondensa-
toren 17 und 18 statt. Diese Aufteilung bewirkt eine Begrenzung der von der Hochspannungsdiode 15 zu
sperrenden Spannung U^ auf einen Wert von etwa
25 kV.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die in F i g. 1 dargestellte Zündanlage beschränkt. Anstelle der
Hochspannungsdiode 14 kann z. B. auch eine Funkenstrecke oder eine Zenerdiode mit einer Zenerspannung
von mehr als 1 kV verwendet werden. In allen Fällen, in denen der Zündtransformator primärseitig mit Masse
verbunden ist und sekundärseitig beim Durchschwingen der Leerlaufspannung durch ein erstes spannungsabhängiges
Schaltelement von der Masse und durch ein zweites spannungsabhängiges Schaltelement von der
Primärwicklung 13 der Zündspule 11 entkoppelt ist, wird durch die Kapazität zwischen der Primärwicklung
und der Sekundärwicklung des Zündtransformator die am spannungsabhängigen Schaltelement 15 zu sperrende
Spannung ty15 auf einen für dieses Element
ungefährlichen Wert begrenzt.
Claims (7)
1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündtransformator, an dessen Primärwicklung ein
Kondensator als kapazitiver Energiespeicher angeschlossen ist, mit einer Zündspule als induktiver
Energiespeicher und mit mindestens einer Zündkerze, welche an die durch spannungsabhängige
Schaltelemente voneinander entkoppelten Sekundärwicklungen des Zündtransformators und der
Zündspule angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes spannungsabhängiges
Schaltelement zwischen den beiden Sekundärwicklungen (12, 13) liegt, daß ein zweites spannungsabhängiges
Schaltelement die Sekundärwicklung (13) der Zündspule (U) sowie das erste spannungsabhängige
Schaltelement überbrückt und daß die Zündkerze (16) zwischen den freien Anschlüssen der beiden
Sekundärwicklungen (12,13) angeschlossen ist
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß mindestens eines der spannungsabhängigen Schaltelemente eine Hochspannungsdiode (14,
15) ist.
3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide spannungsabhängigen Schaltelemente
in gleicher Durchlaßrichtung liegende Hochspannungsdioden (14,15) sind.
4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Hochspannungsdioden (14, 15) anodenseitig miteinander verbunden sind und
daß die zweite Diode (15) kathodenseitig an Masse liegt.
5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Verbindung
zwischen beiden Sekundärwicklungen (12, 13) liegende Schaltelement eine Zenerdiode ist.
6. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Verbindung zwischen
den beiden Sekundärwicklungen (12, 13) liegende Schaltelement eine Funkenstrecke ist.
7. Zündanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechspannung des
Schaltelements größer als 1 kV ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OF | Willingness to grant licences before publication of examined application | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |