DE2357482C3 - Elektronische Zündanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Elektronische Zündanlage für eine BrennkraftmaschineInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Zündanlage für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen elektronischen Zündanlagen ist es bekannt (DE-OS 21 27 674), die sogenannte Ladedauer,
d. h. die Zeit, während der zwischen den einzelnen
Zündtmpulsen ein Ladestrom zur Energiespeicherung bzw. zum Aufbau eines Magnetfeldes durch die
Primärwicklung der Zündspule fließt, unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant zu
haken, um auch in höheren Drehzahlbereichen den Aufbau eines ausreichend starken Magnetfeldes und
damit die Erzeugung eines ausreichend starken Zündfunkens zu gewährleisten, und die sogenannte
Unterbrechungsdauer, d. h. die Zeit, in der zwischen den
einzelnen Zündimpulsen kein Strom durch die Primärwicklung der Zündspule fließt, zur Verringerung der in
der Zündspule in Wärme umgesetzten Verlustleistung drehzahlabhängig derart zu regeln, daß das Verhältnis
von Ladedauer zu Untevbrechungsdauer mit zunehmender Drehzahl größer wird.
Obwohl bei dieser bekannten Zündanlage die Unterbrechungsdauer des zwischen den einzelnen
Zündimpulsen durch die Primärwicklung der Zündspule fließenden Ladestroms proportional einer Zunahme der
Drehzahl kurzer und damit die thermische Belastung der Zündspule in gewissem Umfang geringer wird,
bleibt die Ladedauer unabhängig von der jeweiligen Drehzahl in einem für den gesamten br^hzahlbereich
ausreichenden MaQe konstant, was hinsichtlich des Stromverbrauchs und damit auch der thermischen
Belastung der Zündspule weiterhin nachteilig ist.
In der DE-OS 21 28 538 wird zur Vermeidung dieser
Nachteile eine Zündanlage vorgeschlagen, die bei einer bestimmten, oberhalb des Anlaßdrehzahlbereichs liegenden Drehzahl die Ladedauer und die Unterbrechungsdauer des zwischen den einzelnen Zündimpulsen
durch die Primärwickl'ing der Zündspule fließenden
Ladestroms derart steuert, daß unterhalb dieser Drehzahl ein erster konstanter »Ruhewinkel«, d. h. eine
erste konstante Unterbrechungsdauer, und oberhalb dieser Drehzahl eine unterschiedliche, ebenfalls konstante zweite Unterbrechungsdauer eingehalten werden.
Bei dieser bekannten Zündanlage ist einerseits im Anlaßdrehzahlbereich der Stromverbrauch und damit
auch die thermische Belastung der Zündspule — obzwar bereits wesentlich verringert — gleichwohl noch
unerwünscht hoch, während andererseits bei sehr hohen Drehzahlen aufgrund der hier für den getrennten
oberen Drehzahlbereich vorgegebenen konstanten Unterbrechungsdauer die Zündimpulse gegebenenfalls
schwächer werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zündanlage der in Rede stehenden Art zu schaffen, die im
Anlaßdrehzahlbereich einen niedrigen Stromverbrauch und eine niedrige Verlustleistung aufweist und auch bei
hohen Drehzahlen die Bildung ausreichend starker ZOndimpulse bzw, Zündfunken gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen nach dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs
1 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Mittels der erfindungsgemäßen Zündanlage werden
somit die Verlustleistung und damit die Batteriebelastung und die thermische Belastung der Zündspule im
Anlaßdrehzahlbereich extrem niedrig gehalten und aufgrund des von der jeweiligen Drehzahl unabhängigen,
festen Verhältnisses von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des zwischen den Zündimpulsen durch die
Primärwicklung der Zündspule zur Energiespeicherung fließenden Ladestroms in den über den Anlaßdrehzahlen
liegenden Drehzahlbereichen auch bei Höchst-Drehzahlen
gleichmäßig starke Zündimpulse bzw. Zündfunken erzeugt
Eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform der Erfindung ist in Form eines Schaltbilds in der Figur der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden läher beschrieben.
Die Gleichspannung zur Erzeugung der zum Betrieb der Zündanlage erforderlichen Ströme und Betriebsspannungen
wird von einer Batterie geliefert, die an den Spannungsversorgungsanschluß 10 angeschlossen wird.
Die Batterie ist über einen Zündschalter 11 und einen
Lastwiderstand 12 mit einem Anschluß der Primärwicklung einer Zündspule 14 verbunden, die eine beliebige,
geeignete Ausführungsform sein kann. Der andere Anschluß der Primärwicklung der Zündspule 14 ist mit
der Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors 15 verbunden, wobei der Emitter des Schaittransistors
15 an Masse liegt Die Schaltung wirkt derart, daß bei sperrendem Transistor 15 kein Strom durch die
Primärwicklung der Spule 14 fließen kann, während bei leitendem Transistor 15 ein Strom durch die Primärwicklung
der Spule 14 fließt, um die Spule zu laden. Immer, wenn der Transistor 15 sperrt, bricht daher der
Fluß in der Spule 14 zusammen und induziert die Zündspannung in der Sekundärwicklung der Spule 14,
die mit den Zündkerzen (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Die in der Zeichnung dargestellte Zündanlage arbeitet mit eiRem konstanten Verhältnis von Ladedauer
zu Unterbrechungsdauer des Stromes in der Primärwicklung der Spule 14. Dies wird durch die
Steuerschaltung erreicht, die den Transistorschalter 15 treibt.
Vorzugsweise ist ein magnetischer Impulsgeber (nicht gezeigt) innerhalb des VertPÜers eines Fahrzeuges
angeordnet und erzeugt eine im allgemeinen sinusförmige Ausgangsspannung 17, die der Zündanlage über zwei
Eingangsanschlüsse 19 und 20 zugeführt wird. Die Eingangsimpulse werden über einen Kondensator 21
und eine Diode 22 sowie einen Widerstand 24 der Basis eines ersten (NPN-)Schalttransistors 26 zugeführt,
dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor über einen Widerstand 27 und eine Diode 28 mit einer
Spannungsversorgungsleitung 30 verbunden ist, die über einen Widerstand 31 am Zündschalter 11 liegt. Der
Widerstand 27 dient als Stromquelle für den Schaltkreis. Es sei zunächst angenommen, daß der Transistor 26
sperrt. Dieser Zustand tritt während der negativen Halbwellen der Einganfesspannung (7 auf, welche die
Emitter-Basis-Strecke des Transistors 26 in Sperrichtung
vorspannen. Wenn dies eintritt, fließt der von dem Widerstand 27 abgegebene Strom über einen Speicherkondensator
34 und die Basis-Emitter-Strecke eines weiteren Schalttransistors 36 und lädt den Kondensator
34 über den Stromquellenwiderstand 27 auf. Zu dieser Zeit leitet der Transistor 36, wodurch ein relativ
niedriges bzw. nahe bei Massepotential liegendes Potential an seinem Kollektor auftritt. Dieses Potential
wird der Basis eines Verstärkertransistors 38 über einen Koppelwiderstand 39 zugeführt und veranlaßt den
Transistor 38 zu sperren. Der Kollektor des Transistors 38 ist über eine Diode 41 und einen Widerstand 40 mit
der Spannungsvorsorgungsleitung 30 verbunden, so daß der Verbindungspunkt der Diode 41 mit dem Widerstand
40 auf ein Potential angehoben wird, das näher am Potential der Versorgungsleitung 30 liegt. Dies wiederum
treibt NPN-Darlington-Transistoren 42 in die Leitung, wodurch ein positives Potential .am Ladewiderstand
43 auftritt und den Schalttransistcr 15 in Leitrichtung vorspannt Auf diese Weise fließt Strom
durch die Primärwicklung der Zündspule M.
Während der positiven Halbwelle der Steuerspannung 17 des magnetischen Impulsgebers liegt die
Sperrvorspannung nicht an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 26 an, wodurch der Transistor leitend
wird und in diesem Zustand durch das seiner Basis über Widerstände 45, 24, 49 und 51 zugeführte Potential
gehalten wird. Wenn der Transistor 26 zu leiten beginnt, sperrt das der Basis des Transistors 36 durch die
Entladung des Kondensators 34 zugeführte Potential den Transistor 36, und der Kondensator 34 beginnt, sich
über einen zweiten Stromquellenwiderstand 47 und die Xollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors 26 in
entgegengesetzter Richtung aufzuladen. Sperrt der Transistor 36, so ändern sich die Leitungszustände der
Transistoren 38,42 und 15, so daß der Transistor 15 nun
ebenfalls sperrt und der Strom durch die Primärwicklung der Zündspule 14 unterbrochen wird. Dies
veranlaßt ein schnelles Zusammenbrechen des Kraftflusses in der Primärwicklung der Zündspule 14,
wodurch in der Sekundärwicklung der Hochspannungszündimpuls induziert wird.
Der Transistor 36 verbleibt im Sperrzustand, bis die Ladung des Kondensators 34 derart angestiegen ist, daß
die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 36 erneut vorgespannt ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der
Transistor 36 zu leiten, und die Transistoren 38, 42 und 15 kehren wieder in ihren ursprünglichen Leitungszustand
zurück, der bereits beschrieben worden ist, wobei der Transistor 15 wieder leitend wird und der Strom
durch die Primärwicklung der Zündspule 14 zu fließen beginnt. Es ist somit ersichtlich, daß abhängig von dem
gewählten Verhältnis der von den Stromquellenwiderständen 27 und 47 abgegebenen Strömen die Zeit
währjnd der positiven Halbwelle der Spannung 17, bei der der Transistor 36 leitend ist, variiert werden kann.
Anders ausgedrückt, durch die Wahl des Widerstandswertes der Widerstände 27 und 47 kann die
Zeitkonstante zum Laden des Kondensators 34 über jeden dieser Widerfände beeinflußt werden. Für
Motordrehzahlen oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl wird die Kapazität des Kondensators 34 derart
gewählt, daß er von dem Strom des Stromqucl'enwiderstandes 27 während der negativen Halbwelle der
Spannung 17 nicht vollständig aufgeladen wird. Der Strom des Stromquelle '.Widerstandes 47 wird derart
dimensioniert, daß er größer als der von dem Stromquellenwiderstand 27 abgegebene Strom ist, so
daß das Entladen des Kondensators in kürzerer Zeit als
der Dauer einer Halbwelle der Spannung 17 vonstatten geht, und die Wahl des Widerstandswertes der
Widerstände 27 und 47, die das Verhältnis der abgegebenen Ströme bestimmt, bestimmt den Prozentsatz
der Zeit, während der der Transistor 36 während jeder vollständigen Periodendauer der Spannung 17
sperrt. Bei höheren Drehzahlen ist die Aufladedauer des Kondensators 34 während der negativen Halbwellen
der Spannung 17 geringer als bei niedrigeren Drehzahlen, so daß die Ladung, die von dem Kondensator 34 vor
der Zeit aufgenommen wird, während der der Transistor 26 leitet, bei hohen Drehzahlen geringer ist als bei
niedrigen Drehzahlen. Aus diesem Grund ist bei hoher Drehzahl weniger Zeit zur Wiederaufladung des
Kondensators in entgegengesetzter Richtung erforderlich als bei niedriger Drehzahl, und der konstante
Prozentsatz von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des Stromes in der Primärwicklung der Zündspule 14
wird unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine beibehalten, die wiederum durch die Frequenz
der Spannung 17 wiedergegeben wird.
Ks ist zu erkennen, daß für jeden beliebigen Teil der positiven Halbwellen der Spannung 17 die beiden
Transistoren 36 und 26 leiten und keine weitere Aufladung in irgendeiner Richtung vor sich geht.
Hierdurch wird die Eingangs- oder Schwellwertbedingung zum Aufladen des Kondensators in der ursprünglichen
Richtung festgesetzt, wenn der Transistor 26 erneut während der negativen Halbwelle der Spannung
17 sperrt. Bei Drehzahlen unterhalb der Leerlaufdrehzahl reduziert eine Motorbeschleunigung in großem
Maße die Zeit zwischen den Triggerimpulsen, und ein konstantes Verhältnis von Ladedauer zu Unterorechungsdauer
des durch die Primärwicklung der Zündspule 14 fließenden Stromes bei solch niedrigen
Drehzahlen ist nicht erwünscht. Die Schaltung hält bei niedrigen Drehzahlen automatisch eine konstante
Unterbrechungsdauer des Zündspulenstromes ein, da der Kondensator 34 sich auf die maximal verfügbare
Spannung während einer Zeitdauer aufladen kann, die geringer ist, als die Dauer der am Transistor 26 bei solch
niedriger Drehzahl anliegenden Halbwelle der Eingangsspannung. Hierdurch wird dann die maximale
Zeitdauer festgelegt, die zur Wiederaufladung des Kondensators 34 in entgegengesetzter Richtung erforderlich
ist. um den Transistor 36 erneut in die Leitung zu treiben. Dieser niedrige Drehzahlwert, bei dem die
Zündanlage von einem Betrieb mit konstantem Verhältnis von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des
Zündspulenstromes auf einen Betrieb mit konstanter Unterbrechungsdauer des Zündspulenstromes umschaltet,
kann für jede gewünschte Motordrehzahl ausgewählt werden, wobei vorzugsweise Drehzahlen unterhalb
400 U/Min, gewählt werden, die im Bereich der Anlaßdrehzahlen des Motors bzw. der Brennkraftmaschine
liegen.
Zur Aufrechterhaltung stabiler Betriebsspannungen und als Spannungsschutz für die mit niedriger Leistung
betriebene Schaltung ist eine Zenerdiode 50 zwischen die Spannungsversorgungsleitung 30 und Masse geschaltet.
Eine weitere Zenerdiode 51 ist zwischen Masse und einem Widerstand 53 angeschlossen, der wiederum
mit dem Zündschalter 11 verbunden ist und von dem die Kollektorpotentiale für die Darlington-Treibertransistören
42 erhalten werden. Die Zenerdiode 51 schützt den Treiberschaltkreis der Darlington-Transistoren 42
vor Einschaltspilzen, die in der Last erzeugt werden. Zwei hintereinandergeschaltete Zenerdioden 56 und 57
sind zwischen einem Anschluß der Primärwicklung der Spule 14 und die Basis des Transistors 15 geschaltet, um
eine maximale Grenzspannung festzulegen und den Ausgangstransistor 15 während der »Lade«· oder
»UnterbrechungSM-Zustände somit innerhalb seiner zulässigen Betriebswerte zu betreiben.
Eine abschließende Zenerdiode 60 ist in Serie mit einer Diode 61 zwischen einen Anschluß der Primärwicklung
der Spule 14 und Masse geschaltet und schützt den Ausgangstransistor 15 vor Hochspannungsspitzen,
die während des Zusammenbrechens des magnetischen Flusses in der Spule 14 erzeugt werden. Die Diode 61
schützt die Zenerdiode 60 vor hohen Durchlaßströmen während des Startens und liefert umgekehrt einen
Schutz für die Batterie.
Da der Lastwiderstand 12 während des Startens eine unerwünscht hohe Impedanz darstellt, ist eine aus dem
Anlasserschalter 65 und einem Relais 66,67 bestehende Schaltungsanordnung vorgesehen, um den Lastwiderstand
während des Betriebs des Anlassers 69 im Nebenschluß zu betreiben. Während des Anlaßvorganges
wird der Treiberstrom für den Darlington-Verstärker 42 über eine Diode 70 vom Anlasserschalter 65
geliefert, wenn sich der Zündschlüssel in der »Start-Position« befindet. Hierdurch wird ein Strompfad niedrigen
Widerstandes für den Betrieb bei niedriger Spannung geschaffen, während bei höherer Spannung
unter normalen Betriebsbedingungen zusätzliche Widerstände in den Treiberschaltkreis eingeschalte!
werden können, um die Verlustleistung unter solcher Betriebsbedingungen zu reduzieren. Unter normalen
Betriebsbedingungen wird der den Kollektoren der Darlington-Transistoren 42 zugeführte Betriebsstrorti
über den Widerstand 53 zugeführt, wenn der Anlasserschalter 65 geöffnet ist. Ein Widerstand 72 wird als Lasl
für die Spule 66 des Starterrelais, um die Spannungsbelastung für die Diode 70 während des Startvorganges zu
vermindern.
Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wurden die folgenden beispielhaften Werte für die
unten aufgelisteten Schaltungskomponenten verwendet, um ein konstantes Verhältnis von Ladedauer zi
Unterbrechungsdauer des der Primärwicklung aei Zündspule 14 zugeführten Stromes von 70% zi
erzielen:
1. | Widerstand 24: | 6,8 kn |
2. | Widerstand 45: | 15kn |
3. | Widerstand 27: | 330 kn |
4. | Widerstand 47: | 240 kn |
5. | Kondensator 34: | 0,22 μΡ |
6. | Zenerdiode 50: | 10 Volt |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Elektronische Zündanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Impulsgeber zur Erzeugung von
Steuerimpulsen wechselnder Polarität und einer der Drehzahl proportionalen Frequenz, mit einer Zündspule, und mit einer einen ersten und einen zweiten
Halbleiterschalter sowie einen Speicherkondensator aufweisenden Steuerschaltung, die der Primärwicklung der Zündspule während einer Ladedauer einen
Gleichstrom zum Aufbau eines Magnetfeldes zuführt und während einer Unterbrechungsdauer den
Ladestrom zur Bildung eines Zündfunkens unterbricht,'dadurch gekennzeichnet, daß ein
erster Widerstand (27) mit dem ersten Halbleiterschalter (26) und dem Speicherkondensator (34) und
ein zweiter Widerstand (47) mit dem zweiten Halbleiterschalter (36) und dem Speicherkondensator (34) derart verbunden sind, daß bei Vorspannung
des ersten Halbleiterschalters (26) durch den impulsgeber in Sperrichtung der Speicherkondensator (34) über den ersten Widerstand (27) mit einer
ersten Zeitkonstanten aufgeladen wird und den zweiten Halbleiterschalter (36) zur Aufladung der
Zündspule (14) in Leitrichtung vorspannt, und bei Vorspannung des ersten Halbleiterschalters (26)
durch den Impulsgeber in Leitrichtung der Speicherkondensator (34) über den zweiten Widerstand (47)
mit einer zweiten Zeitkonstanten entladen wird und den zweiten Halbleiterschalter (36) zur Unterbrechung des durch ,!ie Primärwicklung der Zündspule
(14) fließenden Ladestromes urH Bildung eines Zündfunkens sperrt, bis das Potential des Speicherkondensators (34) erneut auf einen Pfitrag angestie-
gen ist, bei dem der zweite Halbleiterschalter (36) wieder leitet und erneut ein Ladestrom durch die
Primärwicklung der Zündspule (!4) fließt, wobei die erste und die zweite Zeitkonstante derart gewählt
sind, daß bei Drehzahlen oberhalb der Anlaßdrehzahl der Brennkraftmaschine das Verhältnis von
Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des durch die Primärwicklung der Zündspule (14) fließenden
Ladestroms konstant bleibt, während bei Drehzahlen im Bereich oder unterhalb der Anlaßdrehzahl der
Brennkraftmaschine der durch die Primärwicklung der Zündspule (14) fließende Ladestrom während
einer konstanten Unterbrechungsdauer unterbrochen ist.
2. Elektronische Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand
(27) einen höheren Widerstandswert als der zweite Widerstand (47) aufweist und daß die Widerstandswerte derart gewählt sind, daß bei Drehzahlen
oberhalb der Anlaßdrehzahl der Brennkraftmaschine der Speicherkondensator (34) nicht vollständig
aufgeladen und somit bei jedem von der Zündspule (14) erzeugten Zündfunken vollständig entladen
wird, wodurch gewährleistet ist, daß das Verhältnis von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des durch
die Primärwicklung der Zündspule (14) fließenden Ladestromes konstant bleibt.
3. Elektronische Zündanlage nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität
des Speicherkondensators (34) derart gewählt ist, daß bei Drehzahlen im Bereich oder unterhalb der
Anlaßdrehzahl der Brennkraftmaschine aufgrund der niedrigen Frequenz, mit der der erste; Halbleiterschalter (26) von dem Impulsgeber angesteuert wird,
der Speicherkondensator (34) sich zwischen den Zündimpulsen jeweils über den ersten Widerstand
(27) vollständig auflädt, wodurch gewährleistet ist, daß der durch die Primärwicklung der Zündspule
(14) fließende Ladestrom während einer konstanten Unterbrechungsdauer unterbrochen ist.
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