DE2261923A1

DE2261923A1 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2261923A1
Application number: DE19722261923
Authority: DE
Inventors: Georg Haubner; Karl-Guenter Schwarz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-12-18
Filing date: 1972-12-18
Publication date: 1974-06-27
Also published as: SE396238B; FR2211050A5; JPS5836187B2; ES421563A1; IT1000353B; DE2261923C2; JPS4987928A

Description

R.1257

12.12.1972 Ws/Mn.

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Zündanlage für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator, dessen Anker zur Urzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen -Polrad zusammenwirkt und eine Generatorwicklung trägt, die an einem Primärstromkreis einer Zündspule angeschlossen ist, deren Sekundärwicklung mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist und wobei im Primärstromkreis der Zündspule die Schaltstrecke eines steuerbaren elektronischen Halbleiterelementes liegt, das im Zündzeitpunkt von einer Steuereinrichtung zur Unterbrechung des Stromes im Primärstronikreis vom stromleitenden Zustand in den Sperrzustand umsteuerbar ist.

Bei Magnetgeneratoren, die neben einer leistungsstarken Zündanlage auch noch weitere Verbraucher versorgen müssen, wird zur besseren Ausnützung die Zündspule der Zündanlage außerhalb des Magnetgenerators, angeordnet und dadurch die

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Leistungsabgabe des Magnetgenerators im Hinblick auf die anderen Verbraucher verbessert. Bei derartigen Einrichtungen, wie sie beispielsweise bei Schneeschlitten verwendet werden, ist es erforderlich, daß zum Zündzeitpunkt im Primärstromkreis der Zündspule eine starke Stromänderung erzeugt wird, damit eine ausreichend hohe Spannung auf der Sekundärseite der Zündspule induziert und damit die Erzeugung eines Zündfunkens sichergestellt wird.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Zündankerwicklung des Magnetgenerators über eine Thyratronröhre mit der Primärwicklung der Zündspule zu verbinden. Das Thyratron wird von einem Impulsgenerator im Zündzeitpunkt vom Sperrzustand in den stromleitenden Zustand umgeschaltet. Der Strom beginnt im Primärstromkreis plötzlich zu fließen und erzeugt dabei in der Sekundärwicklung der Zündspule die zur Zündung an den Zündkerzen erforderliche Hochspannung.

Eine solche Zündanlage ist für moderne Brennkraftmaschinen ungeeignet, da sie die Anforderungen im Hinblick auf die Höhe der Zündspannungen nicht zu erfüllen vermag, was in erster Linie auf die Induktivität der Zündspule und die damit bedingte begrenzte Stronänderung beim Schließen des Primärstromkreises zurückzuführen ist.

Ferner ist die Verwendung von mechanischen Unterbrechern bekannt, welche im Zündzeitpunkt dem im Primärstromkreis fließenden Wechselstrom im Scheitelwert unterbrechen und dadurch eine sehr hohe Stromänderung erzeugen. Mechanische Unterbrecher unterliegen jedoch bekanntlich einem starken Verschleiß und müssen daher in regelmäßigen Abständen gewartet bzw. ausgewechselt werden.

Ein elektronisches Schaltelement, welches im Zündzeitpunkt vom Sperrzustand in den stromleitenden Zustand umschaIt-

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bar ist, würde einerseits die Vorteile eines Unterbrecher-' schalters aufweisen, andererseits aber durch eine hohe Sperrspannung zerstört werden, welche sich aus den Spannungen zusammensetzt, die beim Unterbrechen des Primärstromkreises sowohl in der Generatorwicklung als auch in der Primärwicklung der Zündspule erzeugt werden. "

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündanlage zu entwickeln, welche die Vorteile eines Unterbrechers im Primärstronkreis der Zündanlage ebenso wie die Vorteile eines wartungsfreien elektronischen Schaltelementes aufweist inden ein elektronisches Schaltelement gegen eine zu hohe Sperrspannung geschützt wird.

Dies wird erfindungsgemäß bei einer eingangs beschriebenen Zündanlage dadurch erreicht; daß die Generatorwicklung mit einem Dämpfungsglied für die im Zündzeitpunkt in der Generatorwicklung induzierte Spannung gekoppelt ist, welches bei einer Stromunterbrechung im Prinärstromkreis der Zündspule anspricht. Dabei ist in vorteilhafter IVeise das Dämpfungsglied zur Generatorwicklung parallelgeschaltet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Dämpfungsglied einen Schwellwertcharakter hat und derart angeschlossen ist, daß es nach dein Erreichen eines bestimmten positiven Potentials an einem nicht an Masse liegenden Anschluß der Generatorwicklung anspricht. Auf diese Weise wird beim Unterbrechen des Primärstromkreises die in der Generatorwicklung induzierten Spannung auf einen relativ kleinen Wert beschränkt, ohne daß dabei die durch Stromunterbrechung induzierte Spannung an der Zündspule und damit die Zündleistung beeinträchtigt wird. Von dem elektronischen Schaltelement muß nunmehr nur noch die in der Primärwicklung induzierte Spannung gesperrt werden.

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Einzelheiten der Erfindung sind an zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Ls zeigen:

Fig. 1 die Schaltung einer Zündanlage mit einem Magnetgenerator, einem Dämpfungsglied, einer außenliegenden Zündspule und einem Transistor-Steuergerät,

Fig. 2 zeigt verschiedene, in der Zündanlage nach Fig. 1 als Dämpfungsglied verwendbare elektronische iiauelemente und

Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer Zündanlage mit einem weiteren Verbraucher, die über einen Zweiweggleichrichter am Magnetgenerator angeschlossen sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung einer Spulenzündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine wird von einen Magnetgenerator 10 versorgt. Er besteht aus einem von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Polrad 11 mit mehreren Dauermagneten 12 und aus einem Zündanker mit einer Generatorwicklung 14, deren einer Anschluß 14b auf Masse liegt. Ihr anderer Anschluß 14a ist über eine Leitung mit einem Ende der Primärwicklung 16a einer außerhalb des Magnetgenerators 10 angeordneten Zündspule 16 verbunden, deren Sekundärwicklung 16b über ein Zündkabel 17 an eine Zündkerze 18 angeschlossen ist. Die Zündkerze 18 liegt mit ihrem einen Pol ebenso wie das andere Ende der Sekundärwicklung 16b der Zündspule 16 an Masse. Das freie Ende der Primärwicklung 16a ist mit einem Steuergerät verbunden, das einen Zündtransistor enthält, der mit seiner Schaltstrecke als elektronisches Halbleiterelement im Primärstroinkreis der Zündspule 16 liegt. Die Primärwicklung 16a ist über eine Diode 21 mit dem Kollektor des NPN-Zündtransistors 20 verbunden, der mit seinem Emitter auf Masse liegt. Der Anodenanschluß der Diode 21 ist über einen.Widerstand 22 mit der Basis des

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Zündtransistors 20 verbunden. Parallel zu der aus Basis- und Emitteranschluß bestehenden Steuerstrecke des Zündtransistors 20 liegt die Schaltstrecke eines Steuertransistors 23, dessen Basis einerseits über eine Zenerdiode 31 und einem Widerstand 24 mit der Anode der Diode 21 verbunden ist und andererseits über eine weitere Diode 25 an eine Geberwicklung 26 eines Impulsgebers 27 angeschlossen ist. Ein weiterer Widerstand 28 liegt parallel zur Steuerstrecke des Steuertransistors 23, dessen Emitter ebenso wie das freie Ende der Geberwicklung 26 auf Masse liegt. Der Impulsgeber 27 wird zum Zündzeitpunkt von einem in Pfeilrichtung umlaufenden Kraftlinienleitstück 32 beeinflußt, welches ebenso wie das Polrad 11 des Magnetgenerators

10 von der Brennkraftmaschine angetrieben wird.

Parallel zur Generatorwicklung 14 ist eine Zenerdiode 29 als Dämpfungsglied 40 so angeordnet, daß seine Kathode mit dem nicht an Masse liegenden Anschluß 14a der Generatorwicklung. 14 verbunden ist. Die Zenerdiode 29 ist anodenseitig mit einer Diode 30 in Reihe geschaltet, welche kathodenseitig auf Masse liegt. Der Schwellwert der Zenerdiode 29 ist mit etwa 10 Volt so festgelegt, daß er bei belasteter Generatorwicklung 14 nicht überschritten wird. Das Dämpfungsglied spricht daher bei leitendem Zündtransistor 20 nicht an.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage ist derart, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine durch das umlaufende Polrad

11 in der Generatorwicklung 14 eine Wechselspannung indu-. ziert wird. Beim Auftreten einer ersten positiven Halbwelle der Generatorspannung wird beim Erreichen der Schwellspannung an der Diode 21 diese Spannung über den Widerstand 22 an die Basis des Zündtransistors 20 gelegt. Da dieser mit seinem Emitter auf Masse liegt, fließt aufgrund dieser Spannung ein Basisstrom, der den Zündtransistor 20 in den stromleitenden Zustand schaltet. Nunmehr ist der Primärstromkreis

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über die Generatorwicklung 14, die Primärwicklung 16a der Zündspule, die Diode 21 und über die Schaltstrecke des Zündtransistors 20 geschlossen und es fließt ein Primärstrom, der lediglich an der Diode 21 und an der Schaltstrecke des Zündtransistors L einen zur Aufrecherhaltung des leitenden Zustands dieses Zündtransistors erforderlichen Spannungsabfall erzeugt. Die Generatorwicklung 14 wird dadurch nahezu kurzgeschlossen, so daß die in ihr induzierte Spannung sehr stark zusammenbricht. Der starke Priinärstrom baut dabei in der Zündspule 16 ein kräftiges Magnetfeld auf.

Zum Zündzeitpunkt erzeugt nun der magnetische Impulsgeber einen Steuerimpuls, der über die Diode 25 auf die Basis des Steuertransistors 23 gelangt und diesen in den stromleitenden Zustand umschaltet. Dadurch wird die Steuerstrecke des Zündtransistors 20 überbrückt und dieser gelangt unverzüglich vom leitenden Zustand in den Sperrzustand. Durch diese Unterbrechung des Primärstromes wird sowohl in Zündanker 13 des Magnetgenerators 10 als auch in der Zündspule 16 eine sehr starke Flußänderung hervorgerufen, die in der Generatorwicklurig 14 und in der Primärwicklung 16a eine hohe Spannung induziert. Sobald die Spannung an der Generatorwicklung 14 die Schwellspannung der Zenerdiode 29 überschreitet, wird diese leitend und überbrückt die Generatorwicklung 14. Es fließt nun ein von der Generatorwicklung 14 getriebener Strom über die Zenerdiode 29 und die Diode 30, der die Generatorspannung U nahezu auf die Schwellspannung der Zenerdiode 29 begrenzt.

Dieser Vorgang hat auf die in der Zündspule 16 induzierten Primär- und Sekundärspannungen keinen Einfluß, da der Steuertransistor 23 nunmehr über den Widerstand 24 und die Zenerdiode 31 verstärkt in den stromleitenden Zustand ge- · steuert und demzufolge der Zündtransistor 20 weiterhin gesperrt wird. Der in der Sekundärwicklung 16b der Zündspule

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16 erzeugte Ilochspannungs impuls hat an der Zündkerze 18 nunmehr einen Zündfunken zur Folge.

Bei einer solchen Zündanlage kann eine sehr leistungsstarke Zündspule eingesetzt werden, da auch eine hohe Primärspannung U den Zündtransistor 20 nicht mehr gefährdet, da die an seiner Schaltstrecke auftretende Sperrspannung U durch die nunmehr auf einen geringen Wert begrenzte Generatorspannung U₀ stark herabgesetzt ist. Für die in Fig. 1 als Zeiger dargestellten Spannungen ergibt sich folgende Gleichung:

U äs U + U .

sp g P

Gegen Ende des Zündvorganges wird zunächst die Schwellspannung an der Zenerdiode 29 unterschritten und der Strom in diesem Schaltungszweig wird gesperrt. Ferner wird gegen Ende der vom Polrad 11 in der Generatorwicklung 14 erzeugten positiven Spannungshalbwclle auch die Schwellspannung der Zenerdiode 31 im Steuergerät 19 unterschritten und damit gelangt der Steuertransistor 23 \vieder in den Sperrzustand. Die nachfolgende negative Spannungshalbwelle in der Generatorwicklung 14 wird nicht belastet, da sie mit ihrer Amplitude den in Sperrichtung beanspruch^- ten Zündtransistor 20 nicht gefährdet.

In Fig. 2 ist lediglich der Magnetgenerator 10 einer Zündanlage gemäß Fig. 1 dargestellt, zu dessen Generatorwicklung 14 ein Dämpfungsglied 40a parallel geschaltet ist. Das Dämpfungsglied 40a besteht aus einem Thyristor 41, dessen Steuerelektrode 41a über eine Zenerdiode 42 mit seiner Anode und über einen Widerstand 46 mit seiner Kathode verbunden ist. Wie ferner in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist, läßt sich ein solches Dämpfungsglied auch durch andere elektronische Bauelemente aufbauen. Einfachere Schaltungs-

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elemente lassen sich als Dämpfungsglied verwenden, indem die Generatorwicklung 14 mit einer Diode 43 in Reihe liegt, wobei dann das Dämpfungsglied zur Generatorwicklung 14 und Diode 43 parallel geschaltet ist. Wie Fig. 2 zeigt, besteht dann das Dämpfungsglied 40b aus einem spannungsabhängigen Widerstand 44 (VDR) oder im anderen Fall 40c aus einem Kondensator 42.

Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung einer Zündanlage nach Fig. 1, indem die Generatorwicklung 14 des .Magnetgenerators 10 mit dem Eingang eines Zweiweggleichrichters 50 verbunden ist. Am Ausgang des Zweiweggleichrichters 50 liegt die Primärwicklung 16a der Zündspule 16 und dazu in Reihe das Steuergerät 19. Über eine Anschlußleitung 51 und einem Schalter 52 lassen sich mehrere, unabhängig von der Zündanlage arbeitende Verbraucher zu-^schalten, die durch einen Widerstand 53 in Fig. angedeutet sind.

Bei einer solchen Anlage ist das Dämpfungsglied 40 zum Ausgang des Zweiweggleichrichters 50 parallel geschaltet. Es besteht gemäß Fig. 1 aus einer Zenerdiode 29, die mit einer Diode 30 in Reihe liegt. Die Wirkungsweise dieser Zündanlage entspricht im wesentlichen der zuvor beschriebenen IVirkungsweise einer Zündanlage gemäß Fig. 1. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß nunmehr auch die negativen Spannungshalbwellen der Generatorwicklung 14 über den Zweiweggleichrichter 50 den Zündtransistor 20 im Steuergerät 19 in den stronUeitenden Zustand umschalten, so daß beispielsweise bei einer Zweizylinder-Brcnnkraftmaschine bei gleicher Drehzahl des Polrades 11 die Zündfolge verdoppelt werden kann. In einem solchen Fall werden selbstverständlich zwei Zündkerzen 18 von der Zündspule 16 versorgt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, da das Steuergerät im Primärstrom-

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kreis der Zündspule sowie das Dämpfungsglied durchaus einen anderen Schaltungsaufbau aufweisen kann. Als Dämpfungsglied läßt sich beispielsweise auch eine auf den Generatoranker aufgebrachte iCurzschlußwicklung verwenden, die bei einer starken Feldänderung durch die Unterbrechung des Primärstromes im Zündzeitpunkt anspricht und die in der Generatorwicklung 14 induzierte Spannung begrenzt. Ferner ist es möglich, eine Akkumulatorbatterie als weiteren Verbraucher am Magnetgenerator bzw. am Ausgang des Zweiweggleichrichters anzuschließen, die zum Beispiel bei einem Kraftrad ihrerseits weitere Verbraucher wie Hupe, Seheinwerfer und Bremslicht versorgt. In einem solchen Fall bildet die Akkumulatorbatterie ein Dämpfungsglied, das eine starke _%Stromänderung in der Generatorwicklung 14 beim Unterbrechen des Primärstromkreises verhindert. In den Fällen, wo diese Akkumulatorbatterie durch einen zusätzlichen Schalter zur Vermeidung einer Überladung vom Magnetgenerator abgeschaltet werden kann, ist ein zusätzliches Dämpfungsglied vorzusehen.

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Claims

Ansprüche

(λ/ Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgcnerator, dessen Anker zur Erzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Polrad zusammenwirkt und eine Generatorwicklung trägt, die an einen Primärstromkreis einer Zündspule angeschlossen ist, deren Sekundärwicklung mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist und wobei im Primärstromkreis der Zündspule die Schaltstrecke eines steuerbaren, elektronischen Halbleiterelementes liegt, das im Zündzeitpunkt von einer Steuereinrichtung zur Unterbrechung des Stromes im Primärstromkreis vom stromleitenden Zustand in den Sperrzustand umsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorwicklung (14) mit einem Dämpfungsglied (40) für die im Zündzeitpunkt in der Generatorwicklung (14) induzierte Spannung gekoppelt ist, welches bei einer Stromunterbrechung im Primärstromkreis der Zündspule (16) anspricht.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (40) zur Generatorwicklung (14) parallel geschaltet ist.
3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (40) einen Schwellwertcharakter hat

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und derart angeschlossen ist, daß es nach dem Erreichen , eines bestimmten positiven Potentials an einem nicht an Masse liegenden Anschluß (14a) der Generatorwicklung (14) anspricht.
4. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied aus einer Zenerdiode (29)'besteht, deren Kathode mit dem nicht an Masse liegenden Anschluß (14a) der Generatorwicklung (14) verbunden ist.
5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (29) mit einer kathodenseitig auf Masse liegenden Diode (30) in Reihe geschaltet ist.
6. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (40a) aus einem Thy-" ristor (41) besteht, der mit seiner Steuerelektrode (41a) über eine Zenerdiode (42) mit seiner Anode verbunden ist.
7. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (40b) zur Generatorwickluiig (14) und einer damit in Reihe liegenden Diode (43) parallel geschaltet ist.
8. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (40) zum Ausgang eines Zweiweggleich-

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richters (50) parallel geschaltet ist, dessen Eingang mit der Generatorwicklung (14) verbunden ist.
9. Zündanlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (40b) aus einem, spannungsabhängigen IViderstand (44) besteht,
10. Zündanlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (40c) aus einem Kondensator (45) besteht.
11. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied aus einer auf dem Anker des Magnetgenerators (10) aufgebrachten Kurzschlußwicklung besteht.

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