DE2362471A1

DE2362471A1 - Unterbrecherloses zuendsystem fuer brennkraftmaschinen, insbesondere in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2362471A1
Application number: DE2362471A
Authority: DE
Inventors: Carlton B Compton; Jun Walter L Doelp
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1972-12-20
Filing date: 1973-12-15
Publication date: 1974-06-27
Also published as: JPS4989022A; DE2362471C2; FR2211983A5; CA992601A; GB1423570A; US3831570A

Description

Dipl.-Ing. w.Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Hain Staufenstrasse 36

In Sachen:

Ford-Werke Aktiengesellschaft
5 Köln/ Bhein
Ottoplatz 2

Unterbrecherloses Zündsystem für Brennkraftmaschinen,-'insbesondere in Kraftfahrzeugen.

Die Erfindung betrifft ein unterbrecherloses Zündsystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einer primarseitig über einen Schalttransistor an eine Gleichspannungsquelle anschließbaren Zündspule und einem den Schalttransistor steuernden, permanentmagnetischen Impulsgeber.

Ein unterbrecherloses Zündsystem, das den herkömmlichen Unterbrecherkontakt und den dazu parallelgeschälteten Kondensator zu ersetzen vermag, wird schon seit vielen Jahren gesucht. Die gewöhnlich verwendeten Zündsystem^ sind elektromechanische und verwenden eine Zündspule zur Erzeugung einer hohen Spannung, mit welcher der Zündimpüls an der Pumpenstrecke der Zündkerze hervorgerufen wird. Die Primärwicklung dieser Zündspule ist an die Fahrzeugbatterie angeschlossen. Wenn Strom durch die Primärwicklung fließt, wird in dem von diesem Strom erzeugten magnetischen Feld Energie gespeichert. Die Unterbrechung des Stroms durch die Primärwicklung erzeugt eine hohe Spannung an der Sekundärwicklung der Zündspule.

Die Sekundärseite der Zündspule ist mit einer oder mehreren Zündkerzen verbunden. Jedesmal wenn die Unterbrechung des

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Primärstroms eine hohe Spannung in der Sekundärwicklung erzeugt, tritt ein Zündfunke an der Zündkerze auf, über welchen sich die Energie des magnetischen Peldes zu entladen vermag. Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen wird zusätzlich ein Zündverteiler verwendet, welcher die Sekundärseite der Zündspule mit den verschiedenen Zündkerzen für die Zylinder der Maschine in entsprechenden Zeitabständen verbindet.

Bei herkömmlichen leketromechanischen Zündsystemen der vorbeschriebenen Art wird ein Unterbrecherkontakt, zu dem innerhalb des Zündverteilers ein Kondensator parallelgeschaltet ist, für eine von der Maschinendrehzahl abhängige Zeitdauer geschlossen, um einen Batteriestrom durch die Primärwicklung der Zündspule fließen zu lassen. Wenn dieser Primärstrom durch Öffnung des TJnterbrecherkontakts unterbrochen wird, tritt ein Zündfunken an der Zündkerze auf.

Das elektromechanische System hat eine Anzahl von Nachteilen. Es ist bisher schwierig gewesen, die Zeiteinstellung für die Zündung genau zu steuern und aufrechtzuerhalten, und die Verwendung des ünterbrecherkontakts und des Kondensators innerhalb des Zündverteilers haben häufige !Reparaturen oder Ersatz dieser Seile notwendig gemacht. Eines der größten Probleme bei herkömmlichen elektromechanischen Zündsystemen ist jedoch die Verschlechterung der Maschinenregelung und -leistung über die nutzbare Lebensdauer des Ünterbrecherkontakts und des Kondensators gewesen.

In der Vergangenheit ist auch bereits die Verwendung von Halbleiterelementen anstelle der Schaltungszeile eines herkömmlichen elektromechanischen Zündsystems vorgeschlagen worden. Die meisten der vorgeschlagenen Halbleiter-Zündsysteme waren Kondensatorzündsysteme, bei denen der herkömmliche Unterbrecher dazu verwendet wird, einen Kondensator über die Zündspule zu entladen. Es wurden auch beredts andere Halbleiter-Zündsysteme vorgeschlagen, bei denen der

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Unterbrecherkontakt durch eine Halbleiter-Schalteinrichtung ersetzt ist. Die Erfindung bezieht sich auf derartige Zündsysteme.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches unterbrecherloses Zündsystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen zu schaffen, das für die Praxis verwendbar ist und sich durch Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer auszeichnet und keine Verschlechterung der Maschinenregelung und -leistung im Laufe der Zeit mit.sich bringt.

Ausgehend von einem unterbrecherlosen Zündsystem der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst durch einen ersten Steuertransistor, dessen Steuerelektrode auf eine Spannung kurz unterhalb der Umschaltspannung des Steuertransistors auf Durchlaß vorgespannt und durch vom Impulsgeber im Takt der gewünschten Zündungen mit der erforderlichen Umschaltspannung beaufschlagbar ist, einen zweiten Steuertransistor dessen Steuerelektrode mit der einen Klemme eines Kondensators verbunden ist, dessen andere Klemme an den Ausgangskreis des ersten Steuertransistors angeschlossen ist, sowie Schaltungsmittel zur Verbindung des Ausgangskreises des zweiten Steuertransistors mit der Steuerelektrode des Schalttransistors.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Primärwicklung der Zündspule und der damit in Reihe liegende Schalttransistor in an sich bekannter Weise an die volle Spannung der Gleichspannungsquelle anschaltbar, während der Schaltungsteil, in welchem die Steuertransistoren liegen, während die Spannung der Steuertransistoren mittels einer Zenerdiode demgegenüber vermindert ist. Mit dieser Ausgestaltung wird dem bekannten Umstand Rechnung getragen, daß die Batteriespannung beim Anlassen insbesondere in kalter Jahreszeit niedriger als unter gewöhnlichen Betriebsverhältnissen ist. Die Be-

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grenzung der Spannung für die Steuertransistoren von vornherein auf einen niedrigeren Wert mit Hilfe der Zenerdiode schaltet den Einfluß einer derartig absinkenden Batteriespannung aus und stellt ein sicheres Anlassen und Laufen der Maschine bis zur Wiederherstellung normaler Betriebsbedingungen sicher.

Nach einem anderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Steuertransistor so geschaltet, da3 er bei der Umschaltung des ersten Steuertransistors auf Durchlaß seine Sperrstellung einnimmt und seinerseits den Schalttransistor auf Durchlaß schaltet.

Ein besonderes Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Schaltungsmittel zur Verbindung des Ausgangskreises des zweiten Steuertransistors mit der Steuerelektrode des Schalttransistors einen dritten Steuertransistor enthalten, dessen Steuerelektrode an den Ausgangskreis des zweiten Steuertransistors angeschlossen ist und dessen parallel zum Ausgangskreis des ersten Steuertransistors liegender Ausgangskreis mit der Steuerelektrode des Schalttransistors verbunden ist, wobei es weiterhin zweckmäßig ist, einen mit seinem Kollektor und seinem Emitter an den Kollektor bzw. Emitter des ersten Steuertransistors angeschlossenen vierten Steuertransistor vorzusehen, dessen Ausgangskreis gleichfalls an den Ausgangs— ' kreis des zweiten Steuertransistors wie die .Steuerelektrode des dritten Steuertransistors angeschlossen ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß der zweite Steuertransistor nichtleitend bleibt, sobald der erste Steuertransistor durch den Nulldurchgang eines vom Impulsgeber erzeugten Signals umgeschaltet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und dessen Wirkungsweise werden anschließend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläuterte

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• Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines unterbrecherlosen Zündsystems gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 den zeitlichen Spannungsverlauf an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 1.

In dem Schaitplan nach Fig. 1 ist das unterbrecherlose Zündsystem in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Das Zündsystem 10 enthält eine GIeichspannungsquelle 12 in Form beispielsweise einer Fahrzeugbatterie mit einer Spannung von vorzugsweise 12 bis 15 "Volt, deren negative Klemme 14 über eine gemeinsame Leitung 16 an Masse 18 angeschlossen ist. Die positive Klemme 20 der Gleichspannungsquelle führt über eine Leitung 22 zu einem Zündschalter 24.

Der Zündschalter 24 kann von herkömmlicher Ausbildung sein und besitzt vorzugsweise einen ersten Kontakt 26, mit welchem die Leitung 22 in ^ormalbetrieb der Brennkraftmaschine verbunden ist..Der Zündschalter 24 hat ferner einen Kontakt 28, der nur während des Anlassens und Warmlaufens der Brennkraftmaschine verwendet xjird. An den Kontakt 26 ist eine Leitung 30 und an den Kontakt 28 eine Leitung 32 angeschlossen. Der Zündschalter 24 überbrückt beide Kontakte 26 und 28 beim Anlassen der. Maschine. Somit wird dem unterbrecherlosen Zündsystem 10 über die Leitung elektrische Energie nur zugeführt, wenn die Maschine unter normalen Betriebsbedingungen läuft. Während des Anlassens hingegen wird elektrische Energie beiden Leitungen 30 und zugeführt. .

Wenn der Zündschalter 24 die Leitung 22 mit dem Schaltkontakt 28 und der Leitung 32 verbindet, wird elektrische Energie einer Seiaiswicklung 34 zugeführt» Die Erregung

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Die Erregung der Relaiswicklung 34 führt zum Schließen eines Relaiskontaktes 36, durch welchen Klemmen 38} 40 und 42 überbrückt werden. Wenn dies geschieht, kann elektrischer Strom von der positiven Klemme 20 der Gleichspannungsquelle 12 über eine Leitung 44- und den Relaiskontakt 36 sowie eine weitere Leitung 48 zu einem Andrehmotor 46 fließen.

Die Klemme 40 des Relais 34 ist über Leitungen 50 und 52 mit einen Verzweigungspunkt 54 verbunden. Dadurch besteht beim Anlassen der Maschine eine unmittelbare Verbindung von der Gleichspannungsquelle 12 zum Verbindungspunkt 54 über die Leitungen 44, 50 und 52. Parallel dazu liegt ein Baiastwiderstand 55·

Weiterhin ist eine Zündspule 56 in einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung 60 vorgesehen. Eine Klemme 62 der Primärwicklung 58 ist an die Verbindungsstelle 54 angeschlossen. Die entsprechende Klemme 64 der Sekundärwicklung 60 ist mit der Funkenstrecke 66 einer Zündkerze (nicht dargestellt) verbunden. Bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und/oder Zündkerzen würde die Klemme 64 der Sekunaärxiicklung 60 mit den verschiedenen Funkenstrecken über einen Zündverteiler verbindbar sein. Eine Leitung 68 verbindet die entgegengesetzten Enden der Primärwicklung und der Sekundärwicklung 60 der Zündspule 56.

Das unterbrecherlose Zündsystem 10 enthält weiterhin Mittel zur Erzeugung eines alternierenden Signals mit einer Frequenz, die proportional dem Takt ist, mit welchem die Zündfunken zu erzeugen sind. Vorzugsweise besteht diese Einrichtung aus einen permanentnagnstischen Wechselstrom-Signalerzeuger, der in seiner Gesamtheit mit 70 bezeichnet ist. Der Signalerzeuger 70 enthält einen Permanentmagneten 72, ein rotierendes Zahnrad 74 und eine Abtastspule 76o Das Zahnrad 74 wird von der Brennkraftmaschine angetrieben und hat eine Zähnezahl, die der Anzahl der zu erzeugenden

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Funken entspricht. Das Zahnrad 74- "wird von der Brennkraftmaschine ans gedreht und erzeugt eine wechselnde Spannung an den Klemmen 78 und 80 der Abtastspule 76. Dieses Signal hat eine Frequenz gleich dem Takt, in welchem die Zündfunken erzeugt werden sollen. Der Signalerzeuger 70 ist ein üblicher Handelsgegenstand.

Ein Schaltungsteil 82 des unterbrecherlosen Zündsystems 10 arbeitet mit einem gegenüber der Spannung der Gleichspannungsquelle 12 verminderten Spannungsniveau,, Dies wird mit Hilfe eines Widerstandes 84- erreicht, dessen eine Klemme 86 an die_ Leitung 30 und dessen andere Klemme über eine Leitung 88 an die Kathode einer Zenerdiode 90 angeschlossen sind. Die Anode der Zenerdiode 90 ist mit der an Masse liegenden gemeinsamen Leitung 16 verbunden«, Die Zenerdiode 90 hat eine Durchbruchsspannung, die wesentlich geringer, beispielsweise um 5*1 Volt,ist, als diejenige der Gleichspannungsquelle 12. Auf diese Weise wird die Leitung 88 zu einer "Versorgungsleitung niedriger Spannung.

Ein Widerstand 97 ist mit einem Ende an die Versorgungsleitung 88 und mit dem anderen Ende an die Anode einer Vorspanndiode 94- angeschlossen, deren Kathode mit der gemeinsamen Leitung 16 verbunden ist. Weiterhin ist eine Schutzdiode 96 mit ihrer Kathode an eine zwischen dem Widerstand 92 und der Vorspanndiode 94- gelegene Verbindungsstelle 98 angeschlossen. Die Anode der Schutzdiode 96 ist mit der gemeinsamen Leitung 16 verbunden.

Der Wechselstrom-Zmpulserzeuger 70 ist zwischen die Anode der Vorspanndiode 94- und die Basis oder Steuerelektrode 100 eines ersten Sreuertransistors Q_x, geschaltet. Diese Schaltung erfolgt über einen Strombegrenzungswiderstand 102, welcher die Verbindungsstelle 98 mit der Klemme 78 der Abtastspule 76 verbindet, und einen Basisansteuerwiderstand 104-, der über eine Leitung 106 mit der Klemme 80 der

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Abtastspule 76 verbunden ist. Ein Kondensator 108 ist mit einer Klemme an die Leitung 106 und mit der anderen Klemme an die gemeinsame Leitung 16 angeschlossen. Eine Schutzdiode 109 liegt mit ihrer Kathode an der Basis 100 des Steuertransistors Q^ und mit ihrer Anode an der gemeinsamen Leitung 16.

Der Ausgangskreis des ersten Steuertransistors QL weist eine Verbindung von dessen Emitter 110 über eine Leitung zur gemeinsamen Leitung 16 und von seinem Kollektor eine Verbindung zur Kathode einer thermischen Nachlaufdiode 116 auf. Die Anode der thermischen .Nachlaufdiode ist nit dem einen Ende eines Widerstandes 118 verbunden, dessen anderes Ende an die Niederspannungsversorgungsleitung 88 angeschlossen ist.

Ein zweiter Steuertransistor Qp liegt mit seiner Basis oder Steuerelektrode 120. an der einen Klemme eines Widerstands 122, dessen andere Klemme an die Niederspannungsversorgungsleitung 88 angeschlossen ist. Ein Kondensator 124 ist über eine Leitung 126 mit der Verbindungsleitung zwischen der thermischen Nachlaufdiode 116 und dem Widerstand 118 verbunden. Die andere Abgangsleitung 128 des Kondensators 124 führt zur Basis oder Steuerelektrode des zweiten Steuertransistors Q-. Der Ausgangskreis des zweiten Steuertransistors Qp ist mit dem Emitter 130 über eine Leitung 132 und die Leitung 112 an die gemeinsame Leitung 16 und mit dem Kollektor 134 über einen Widerstand. 136 an die Niederspannungsversorgungsleitung 88 angeschlossen.

Ein weiterer Steuertransistor Qg hat eine Verbindung seines Kollektors mit dem Kollektor 114 des ersten Steuertränsistors Q^, seines Emitters über die Leitung 112 mit der gemeinsamen Leitung 16 und seiner Steuerelektrode über einem Basisansteuerungswiderstand 138 zu der zwischen dem Kollektor 134 des zweiten Steuertransistors Q₂ und dem

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Widerstand 136 bestehenden Verbindungsieitung.

Der über den Kollektor und den Emitter verlaufende Ausgangskreis des zweiten Steuertransistors Qp ist über Transistoren Q^ und Qc- mit der Basis oder Steuerelektrode 14-0 eines Schalttransistörs Q^ gekoppelt. Der Ausgangskreis des Schalttransistors Q^ liegt mit seinem Emitter 142 über eine Leitung 144 an der gemeinsamen Leitung 16 und mit seinem Kollektor 146 über Leitungen 148 und 150 an der Niederspannungsseite, nämlich der Leitung 48 der Primärwicklung 58 der Zündspule 56. Ein Kondensator 152 ist über seine AnsciiluBleitung 158 gleichfalls mit der ni e der spannung sseitigen Leitung 68 der Primärwicklung 58 der Zündspule und mit seiner anderen Anschlußleitung 156 an die gemeinsame Leitung 16 angeschlossen. In Reihe geschaltete Zenerdioden 158 und 160 liegen zwischen der Basis oder Steuerelektrode 140 und dem Kollektor 146 des Schalttransistors Q₂.. Desweiteren ist die Anode einer Diode 162 über eine Leitung 164 und die Leitung 52 mit der Verbindungsstelle 5^ am Oberspannungsende der Primärwicklung 58 verbunden. Die Kathode der Diode 162 ist mit der Kathode einer Zenerdiode 166 verbunden, deren Anode an die gemeinsame Leitung 16 angeschlossen ist.

Der Schalttransistor Q^ vollführt eine Schaltfunktion in bezug auf den Strompfad für die> Primärwicklung 58 <ier Zündspule 56. Die Transistoren Q₂, und Q₁- koppeln den Ausgangskreis des zweiten Steuertransistors Qo' an die Basis oder Steuerelektrode 140 des Schalttransistors Q^ an. Die Transistoren Q^ und Q₁- haben außerdem die wichtige Aufgabe einer Strom- und Leistungsverstärkung.

Der Transistor Q^ ist mit seiner Basis über einen Widerstand 168 an den Kollektor 134 des zweiten Steuertransistors Q~ angeschlossen. Der Emitter des Steuertransistors Q₂. ist über eine Leitung 170 mit der gemeinsamen- Leitung 16 ver-

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bunaen. Sein Kollektor liegt über eine Diode 172 und einen Widersrand 174- an der Niederspannurigsversorgungsleitung 88.

3ei den Transistor Qc handelt es sich um eine Darlingtonschaltung, die aus zwei Transistoren Qi- und Q₁-, besteht. Der Esitror des Transistors Qr-^ ist an die Basis oder Steuerelektrode 140 des Schalttransistors Q^ angeschlossen,-Die Kollektoren der Transistoren Qc- und Q₁-, sind zusammen an eine Leitungsverbindung 176 gelegt, der Emittor des Transistors Qr- ist mit der Steuerelektrode des Transistors Qr-, verbunden, und die Steuerelektrode des Transistors Q^„ ist über eine Leitung 178 an die Verbindungsleitung zwischen dem Widerstand 174- und der Anode der Diode 172 angeschlossen. Die Verbindungsstelle 176 der Kollektoren der Transistoren Qj- und 'Qcv. ist über einen Widerstand 180 und einen Widerstand 182 an die Versorgungsleitung 130 angeschlossen. Die zwischen den Widerständen 180 und 182 gebildete Verbindungsstelle 184- ist über eine Leitung 186, eine Diode und eine Leitung 190 mit der Versorgungsleitung 32 verbunden, die nur beim Anlassen des Fahrzeuges Strom führt. Ein Widerstand 192 liegt zwischen der Anode der Diode 188 und der gemeinsamen Leitung 16. Schließlich ist eine Zenerdiode 194- mit ihrer Kathode an die Kathode der Diode 188 und mit ihrer Anode an die gemeinsame Leitung 16 angeschlossen.

In den Diagramm nach Pig. 2 sind zwei volle Perioden von Spannungssignalen über der Zeit aufgetragen, welche an verschiedenen Stellen des unterbrecherlosen Zündsystems 10 auftreten. Fig. 2a zeigt die vom permanentmagnet!sehen Impulsgeber 70 erzeugte Wellenform. Fig. 2b zeigt den Spannungsverlauf an der Klemme 80 der Abtastspule 76. Fig. 2c zeigt die'Wellenform, die an der Steuerelektrode des ersten Steuertransistors Q^, auftritt. Pig. 2d gibt den Spannungsverlauf am Kollektor des ersten Steuertransistors Q^ wieder. Fig. 2e ist die Spannung am linken

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Ende (Leitung 326) des Kondensators 124. Fig. 2f ist die Spannung, die am rechten Ende (Leitung 128 des Kondensators 124 auftritt. Schließlich gibt Fig. 2g die Spannung am •Kondensator 124 selbst wieder. Mit Ausnahme der Fig. 2ä und 2g sind alle in Fig. 2 wiedergegebenen Spannungsverläufe Spannungen gegenüber der gemeinsamen Leitung 16.

Im Betrieb des unterbrecherlosen Zündsystems 10 bewirkt die vorbeschriebene Schaltung, daß an der Funkenstrecke der Zündkerze in jedem Nulldurchgang der in Fig. 2a aufgetragenen Spannung, die die vom Impulsgeber 70 erzeugte Spannung ist, zur positiven Seite ein Zündfunke erzeugt wird. Diese positiven Nulldurchgänge treten zu den Zeiten t = Null, t = P und t = 2P auf.

Es sei angenommen, daß unmittelbar vor dem positiven Nulldurchgang des vom Impulsgeber 70 erzeugten Wechselspannungssignals der zweite Steuertransistor Qp voll durchlässig sei. In diesem Fall fließt Strom von. der Niederspannungsversorgungsleitung 88 über den Widerstand 122 und die Basis-Emitter-Verbindung des zweiten Steuertransistors Q₀ zur gemeinsamen Leitung 16. Ebenso fließt Strom durch den Widerstand 136, den Kollektor 134 und den Emitter 130 des zweiten Steuertransistors Qp zur gemeinsamen Leitung 16. In diesem Zeitpunkt befindet sich der Kollektor des Transistors Q2 auf einem Potential von etwa 0,2 Volt, und als Folge hiervon wird die Basis-Emitter-Verbindung des Transistors Q^_ umgekehrt vorgespannt, und der Transistor Q^ wird nichtleitend. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an der'Leitung 178-sehr nahe bei der Spannung an der "iTiederspannungsversorgungsleitung 88 liegt. Demgemäß wird der Transistor Q₁- vorwärts vorgespannt und wird durchlässig. Dies ergibt einen Basis-Emitter-Strom für den Schalttransistor Q^, der dadurch zwischen seinem Kollektor 146 und seinem Emitter 142 leitend wird.

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Kit dem Zündschalter 24 in Laufstellung und dem Schalttransistor Q₅. in leitendem Zustand fließt Strom von der Gleichspannungsquelle 12 über die Leitungen 20, 22, 30 und stehen Ballastwiderstand 55 zur Verbindungsstelle an der Oberspannungskleinme der Primärwicklung 58 der Zündspule 56. Von der Verbindungsstelle 54 fließt der Strom weiter durch die Primärwicklung 58» die Leitung 150 und den Kollektor 146 und den Emitter 142 enthaltenden Ausgangskreis des Schalttransistors Q^ zur gemeinsamen Leitung 16. Dadurch kann sich in der Zündspule 56 ein magnetisches Feld aufbauen. Die Zeitdauer, während welcher der Schalttransistor Q₂ leitet und dadurch einen Stromfluß durch die Primärwicklung 58 gestattet, wird als Verweilzeit bezeichnet. Wenn die Transistorschaltzeiten ignoriert werden, ist die Verweilzeit gleich der Zeitdauer, während welcher der zweite Steuertransistor Q~ leitend ist.

Venn sich der Zündschalter 24 in Anlaßstellung befindet und beide Schalterkontakte 26 und 28 mit der Leitung 22 zur Gleichspannungsquelle 22 hin verbunden sind, fließt Strom durch beide Leitungen JO und 32. Der Strom durch die Leitung 32 erregt die Relaisspule 34, was zur Verbindung der Klemmen 38, 40 und 42 durch den beweglichen Schaltkontakt 36 und damit zur Stromzufuhr zum Andrehmotor 46 führt. Weiterhin fließt Strom von der Leitung 32 über den aus der Leitung 190, der Diode 188 und der Leitung 186 bestehenden Strompfad zur Verbindungsstelle 184. Dieser Stromfluß'führt zu einer Spannung an der Verbindungsstelle 184, die um den Spannungsabfall an der Diode 188 unter dem Potential der Gleichspannungsquelle liegt. Auf diese Weise wird während des Anlaufens der Kaschine die Spannung der Gleichspannungsquelle unmittelbar an die Verbindungsstelle 184 anstelle an die obere Klemme des Widerstands 182 geführt, wie letzteres der Fall ist, wenn sich der Zündschalter in Laufstellung befindet. Während

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des Anlaufens der Maschine führt dies zu einem Ansteigen des Stroms im Ausgangskreis des Transistors Qc-, und demzufolge steigt auch der Ansteuerstrom für den Schalttransisror Q,.. Dies trägt dazu bei, das Vorhandensein eines ausreichenden Stromflusses in der Primärwicklung 58 der Zündspule 56 während des Anlaufens der Maschine sicherzustellen. Auch sollte bermerkt werden, daß, wenn der Zündschalter in der Anlaßstellung steht und die Relaisspule 34 erregt wird, Strom von der Gleichspannungsquelle 12 über die Leitung 44 und die Relaisklemme 40 und weiter über die Leitungen 50 und 52 zur Anschlußstelle 54'der Primärwicklung 58 der Zündspule fließt. Dies bedeutet, daß der Ballastwiderstand 55 beim Anlassen der Brennkraftmaschine kurzgeschlossen ist.

Zusammenfassend sind also, wenn der Steuertransistor C^ leitend ist, der Transistor Q^ nichtleitend und die Transistoren Qc- und Q,, wiederum leitend, so· daß Strom durch die Primärwicklung 58 der Zündspule 56 fließt.

Mit dem zweiten Steuertransistor Q~ in leitendem Zustand bewirkt der Basis-Emitter-Spannungsabfall an diesem Transistor eine Spannung auf der rechten Seite (Leitung 128) des Kondensators 12A- auf einem Potential von etwa 0,7 Volt. Der Kondensator 124 wird mit der in Fig. 1 eingezeichneten Polarität über den Widerstand 118 und den Basis-Emitter-Kreis des Transistors QU ebenfalls aufgeladen oder ist aufgeladen worden. Dadurch wird die linke Seite (Leitung 126) des Kondensators 124 ein Spannungsniveau eingenommen haben, welches sich der Spannung der Versorgungsleitung 88 nähert.

Zu allen Zeichen fließt Strom von der Niederspannungsversorgungsleitung 88 über den Widerstand 92 und die Vorspanndiode 94 zur gemeinsamen Leitung 16. Dies bringt den Anschluß 98 an der Anode der Vorspanndiode 94 auf ein Potential von etwa 0,7 Volt. Wenn das Zahnrad 74 des Wechselspannungs-

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Inpulsgebers 70 rotiert, verläuft die Spannung an den Klenmen 80 und 78 gemäß der Darstellung in Fig· 2a. Venn nun dieses Wechselspannungssignal eine solche Größe erreicht, daß die Klemme 80 positiv in bezug auf die Klemme wirkt, tritt diese Signalspannung zum Spannungsabfall an der Vorspanndiode 94 hinzu und erreicht eine ausreichende Höhe, un einen Basis-Emitter-Strom durch den ersten Steuertransistor Q- hervorzurufen. Dies macht den Transistor CL leitend, und es fließt Strom über den Widerstand 118, die thermische Nachlaufdiode 116, den Kollektor 114 und den Snitter 110 des ersten Steuertransistors CiL sowie die Leitung 112 zur gemeinsamen Leitung 16. Der Steuertransistor Q- wird gesättigt, wobei sich sein Kollektor auf einer Spannung von etwa 0,2 Volt befindet und die Anode der lischlaufdiode 116 dann eine Spannung von etwa 0,9 Volt aufweist. Die linke Seite des Kondensators 124 muß dabei auf ein Spannungsniveau von etwa 0,9 Volt absinken, weil sie mit der Anode der Nachlaufdiode 116 verbunden ist.

Als eine Folge der im Kondensator 124 angesammelten Ladung muß dessen rechte Seite, nämlich die Leitung 128 auf ein Spannungsniveau unterhalb des Massenpotentials absinken. Diese Spannung an der Leitung 128 wird zur Basis oder Steuerelektrode 120 des zweiten Steuertransistors Q^ S^e~ führt und nacht diesen nichtleitend. Als Ergebnis steigt die Spannung am Kollektor 134 des zweiten Steuertransistors Q2 auf ein Niveau nahe dem der Wiederspannung sversorgungsleitung 88 an, und diese Spannung wird über den Widerstand 138 zur Basis des Transistors Qg geführt und macht diesen leitend. Kit den Transistor Qg in leitendem Zustand beeinflussen Einschwingspannungen, die an der Basis oder Steuerelektrode 100 des ersten Steuertransistors Q^, auftreten können, nicht das Leitungsvermögen des Stromkreises zwischen der Kathode der Diode 116 und der gemeinsamen Leitung 16 beeinflussen. Somit ist der Transistor

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eine Einrichtung zur Sicherstellung, daß der Transistor Qo nichtleitend bleibt, sowie der Transistor CL durch das vom Impulsgeber erzeugte Nulldurchgangssignal umgeschaltet worden ist.

Wenn der Transistor QU nichtleitend gemacht ist, wird das • Potential seines Kollektors 134 der Basis des Transistors Q^ aufgegeben und bewirkt eine vorwärts vorgespannte Basis-Emitter-Schaltung, welche diesen Transistor voll leitend macht. Dies wiederum bringt ein niedriges Potential an die an die Basis des Transistors Qt- angeschlossene Leitung 178 und macht diesen nichtleitend. Wenn der Transistor Q_nnichtleitend ist, hat der Schalttransistor Q^ keine Basisansteuerung und wirkt ebenso nichtleitend. Sowie der Schalttransistor Q-r nichtleitend wird, wird der Stromfluß in der Primärwicklung 58 cter Zündspule"56 unterbrochen, und das magnetische Feld in der Zündspule muß zusammenbrechen. Dies erzeugt eine elektromotorische Kraft in der Sekundärwicklung 60 der Zündspule 56 und .bewirkt das Auftreten eines Zündfunkens an der"Funkenstrecke 66. Der Sekundärstrom fließt über den Kondensator 152 zur Kasse ab.

Solange der zweite.Steuertransistor Qp nichtleitend ist, bleibt der Schalttransistor Q^ gleichfalls gesperrt. Wenn Jedoch der Steuertransistor Q- leitend wird, entlädt sich der Kondensator 124- in einem Strompfad mit dem Widerstand 122, dem Kondensator 124-, der Diode 116 und den Kollektor-Emitter-Kreisen der Transistoren Q- und Qg. Dies veranlaßt die Spannung an der rechten Seite, nämlich der Leitung 128 des Kondensators 124- anzusteigen. Wenn die Spannung an diesem Ende des Kondensators 124 Massenpotential übersteigt, beginnt der zweite Steuertransistor Q~ von neuem zu leiten und wird eventuell gesättigt. Dies, vermindert die Spannung am Kollektor 134 des zweiten Steuertransistors Q^ auf einen niedrigen Wert, und der Transistor Qg wird nichtleitend gemacht, weil dieses Signal der Basis dieses

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Transistors über den Widerstand 138 aufgegeben wird. Der Steuertransistor Q. verbleibt jedoch leitend, bis das vom Impulsgeber 70 erzeugte Signal negativ wird, d.h., bis die Klemme 80 der Abtastspule 76 negativ, in bezug auf die Klemme 78 wird. Wenn die Klemme 80 negativ in bezug auf die Klemme wird, wird der Steuertransistor Q^ nichtleitend. Dies bereitet ihn darauf vor, das nächste Umschaltsignal zu empfangen. Die Sperrung des Transistors Q_x, ermöglicht es dem Kondensator 124 sich erneut auf die in Fig. 1 eingezeichnete Polarität aufzuladen. In dem Augenblick, indem der zweite Steuertransistor Q₂ leitend wird, wird der Transistor Q₂, nichtleitend, der Transistor Q₁- wird leitend und der Schalttransistor Q, wird gleichfalls leitend. Die Leitung des Schalttransistors Q^ schließt den Strompfad für die Primärwicklung 58 und erlaubt von neuem den Aufbau eines magnetischen Flusses. Dies ist der Beginn einer neuen Periode der Verweilzeit.

Das unterbrecherlose Zündsystem 10 enthält verschiedene Schutzvorkehrungen. Die Diode 96 mit dem Widerstand 107 schafft einen Schutz für die Diode 9^ gegen Überschlag, der von der Oberspannungsseite des Sekundärkreises der Zündspule zur Klemme 78 des Impulsgebers 70 auftreten könnte. Dies könnte wegen der Nähe des Sekundärkreises der Zündspule zum Impulsgeber vorkommen, wenn diese in einem einzigen Verteilergehäuse untergebracht sind.

Die Diode 109 zusammen mit dem Widerstand 104 ergibt einen Schutz für den Basis-Emitter-Kreis des ersten ßteuertransistors Q_x, gegen Hochspannungsüberschläge zwischen dem Sekundärkreis der Zündspule und der Klemme 80 des Impulsgebers 70.

Der Kondensator 108 verhindert Schwingungen des Zündsystems, wenn sich der Wechselspannungssignaleingang von der Abtastspule 76 auf niedriger Spannung befindet, wie

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dies bei niedrigen Maschinendrehzahlen auftreten würde.

Die Diode 116 wird für den thermischen Nachlauf verwendet, und ihr vorwärts gerichteter Spannungsabfall leitet den Basis-Emitter-Spannungsabfall des zweiten Steuertransistors Q^ dergestalt, daß eine thermische Stabilität in der Schaltung erzielt wird.. Dies hilft zur Sicherstellung der geeigneten Erzeugung der Verweilzeit, die für die Primärwicklung 58 der Zündspule 56 erforderlich ist.

Die Diode 172 verhindert eine Beschädigung des Transistors Q., die als Folge von negativen Einschwingvorgängeh wie einem negativen Einschwingvorgang beim Abklingen des magnetischen Feldes, der an der Leitung '30 auftreten kann, verursacht werden können.

Der Widerstand 192 vermindert das Ausmaß der Einschwingvorgänge, die von der Relaisspule 34 erzeugt werden, und verringert damit die erforderliche Sperrspannung der Diode 188. Die Diode 188 schafft eine besondere Ansteuerung während des Anlassens der Maschine, wie oben beschrieben wurde. Sie verhindert außerdem eine Spannungsrückkopplung über die Leitungen 186 und 190 zur Relaisspule 34, wenn der Zündschalter 24 in Laufstellung steht. Die Zenerdiode 194 in Reihe mit dem Widerstand 182 schafft einen Schutz für den Transistor Qc gegenüber Lastentladungsaus gl ei chsvorgängen. Lastentladungsausgleichsvorgänge treten auf, wenn ein Wechselstromerzeuger eine Strombelastung zuführt, die plötzlich entladen wird. Dies ist ein langer positiver "übergang.

Die in Reihe geschalteten Zenerdioden 158 und 160 machen den Schalttransistor Q, leitend, wenn seine Kollektorleitung 148 eine Spannung oberhalb von beispielsweise 360 Volt einnimmt. Dies verhindert das Auftreten von Überspannungen am Kollektoranschluß.

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Die Zenerdiode 166 in Reihe mit dem Ballastwiderstand 55 schafft einen Schutz für den Schalttransistor Q^ gegenüber Belastungszusaiainenbruchsübergängen. Die Diode 162 ist in Eeihe mit der Zenerdiode 166 geschaltet, um letztere für den Fall einer Umkehrung der Polarität der Gleichstromquelle 12 zu schützen. Die Diode 162 ist vorzugsweise eine solche vom Lawinentyp, um ihre Beschädigung für den Fall zu verhindern, daß ein Hochspannungsüberschlag von der· Sekundärwicklungsleitung 64 zur Verbindungsstelle 54- der Primärwicklung auftritt.

Als Beispiele ohne beschränkenden -Charakter können-die verschiedenen Komponenten des unterbrecherlosen Zündsystems 10 folgender Art sein und haben die folgenden Größen:

Transistor
Transistor
Transistor

Transistor
Transistor

Transistor

Widerstand 92
Widerstand 102 Widerstand 104 Widerstand 118 Widerstand 122 Widerstand 138 Widerstand 136 Widerstand 168 Widerstand 84
Widerstand 174 Widerstand 192 Widerstand 182

21T3859A 2N3859A

2N6306 Texas Instruments T1P535

2N38559A

RCA 2I\^T6055, Motorola MJ1000 oder Texas Instruments T1P640

2N3859A

8,2 kiloohm 120 Ohm 6,8 kiloohm 150 kiloohm 110 kiloohm 15 kiloohm 10 kiloohm 2,2 kiloohm 180 0hm, 2 Watt 560 Ohm 470 Ohm, 1 Watt 6,8 Ohm, 10 Watt ■

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Widerstand Widerstand Widerstand

Kondensator 124-Kondensator Kondensator Zenerdiode Zenerdiode 194-Zenerdioden 158,160 Zenerdiode Diode 94-Diode 96 Diode 109 Diode 116 Diode 172 Diode 188 Diode 162

3.0 0hm, 10 Watt 27 0hm, 2 Watt 1,36 0hm

0,22 microfarad 0,3 microfarad 0,01 microfarad

5.1 Volt, 1N5231A

27 Volt, 5 Watt, 1N5361A

180 Volt j ede, 1N5279

27 Volt, 73 Watt

1N4451

1N4-152

1N4152

1N5625

11T5625

Patentansprüche /

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Claims

Patentansprüche

\Ay Unterbrecherloses Zündsystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einer primärseitig über einen Schalrtransistor an eine Gleichspannungsquelle anschließbaren Zündspule und einem den Schalttransistor steuernden, per-naxientmagnetischen Impulsgeber, gekennzeichnet durch einen ersten Steuertransistor ("Q₁), dessen Steuerelektrode (100) auf eine Spannung kurz unterhalb der Unischaltspannung des Steuertransistors auf Durchlaß vorgespannt und durch vom Impulsgeber (70) im Takt der gewünschten Zündungen mit der erforderlichen Umschaltspannung beaufschlagbar ist, einen zweiten Steuertransistor (Qp) dessen Steuerelektrode (120) mit der einen Klemme eines Kondensators (124) verbunden ist, dessen andere Klemme an den Ausgangskreis des ersten Steuertransistors (Q^) angeschlossen ist, sowie Schaltungsmittel (168, Q^, 172, 178, Q₁-, 140) zur Verbindung des Ausgangskreises des zweiten Steuertrar-sistors (Qp) mit der Steuerelektrode des Schalttransistors

2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch " gekennzeichnet , daß die Primärwicklung (58) der Zündspule (56) und der damit in Reihe liegende Schalttransistor (Q₇) in an sich bekannter Weise an die volle Spannung der Gleichspannungsquelle (12) anschaltbar sind, während der Schaltungsteil, in welchem die Steuertransistoren (Q,,, liegen, während die Spannung der Steuertransistoren (Q mittels einer Zenerdiode demgegenüber vermindert ist.

3. Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Steuertransitor (Q₂) so geschaltet ist, daß er bei der Umschaltung des ersten Steuertrsnsistors (Q.) auf !Durchlaß seine Sperr-

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stellung einnimmt und seinerseits den Schalttransistor (Q?) auf Durchlaß schaltet.

4. Zündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaitungsaittel (168, Q^, 172, 178, ^₅, 140) zur Verbindung des Ausgangskreises (130, 134) des zweiten Steuertransitors (Qp) mit der Steuerelektrode des Schalttransistors (Q^) einen dritten Steuertransistor (Q^) enthalten, dessen Steuerelektrode an den Ausgangskreis (13O, 13^) cLes zweiten Steuertransistors (Q^) angeschlossen ist und dessen parallel zum Ausgangskreis des ersten Steuertransistors (Q^) liegender Ausgangskreis mit der Steuerelektrode des Schalttransistors (Q₇.) verbunden ist.

5. Zündsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen mit seinem Kollektor und seinem Emitter an dem Kollektor bzw. Emitter des ersten Steuertransistors (Q.) angeschlossenen vierten Steuertransistor (Q^)» dessen Ausgangskreis gleichfalls an den Ausgangskreis des zweiten Steuertransistors (Qp) "wie die Steuerelektrode des dritten Steuertransistors (Q^.) angeschlossen ist.

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