DE2436698B2

DE2436698B2 - Schaltungsanordnung für eine Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2436698B2
Application number: DE2436698A
Authority: DE
Inventors: Kenji Goto; Daisaku Sawada
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1973-08-27
Filing date: 1974-07-30
Publication date: 1980-09-25
Also published as: GB1480598A; DE2436698C3; DE2436698A1; US4029072A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ei e Schaltungsanordnung für eine Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Aus der DE-OS 22 56 177 ist eine Zündeinrichtung bekannt, die zwei Entladekreise aufweist. Der eine Entladekreis enthält die Sekundärwicklung eines Hochspannungstransformators und der andere Entladekreis einen über einen Widerstand aus einer Energiequelle aufladbaren Ladekondensator. Diese beiden Entladt kreise sind mit einem Anschluß gemeinsam an die Zündelektrode einer Zündkerze angeschlossen, während ihre zweiten Anschlüsse mit jeweils einer Gegenelektrode der Zündkerze verbunden sind. Die Zündkerze ist dabei so ausgebildet, daß die Zündelektrode in einer in der Zündkerze liegenden Brennkammer endet, an deren Öffnungsrand die beiden Gegenelektroden liegen. Nachdem die Funkenstrecke zwischen der Zündelektrode und der einen Gegenelektrode über den Hochspannungstransformator gezündet wurde, kann sich der Ladekondensator über die zwischen der anderen Gegenelektrode und der Zündelektrode liegende Entladestrecke entladen. Nachteilig an dieser Schaltungsanordnung ist es, daß der Zündelektrode zwei Gegenelektroden zugeordnet werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für eine Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine anzugeben, die nur eine Gegenelektrode für die Zündelektrode erforderlich macht.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der angegebenen Schaltungseinrichtung sind der Zündstromkreis und der eigentliche Entladckreis voneinander entkoppelt, so daß eine der Zündelektrode zugeordnete Gegenelektrode für I ide Kreise verwendet werden kann. Diese Schaltung läßt sich deshalb auch zusammen mit gewöhnlichen Zündkerzen, die nur eine Gegenelektrode aufweisen, verwenden.

Eine vorteilhafte Wetterbildung ist im Anspruch 2 s angegeben. Nach dieser Weiterbildung ist die auf der Hochspannungsseite vorgesehene Rückstromsperre als Funkenstrecke ausgebildet Diese Funkenstrecke wird nach erfolgter Zündung sofort wieder entiorisiert, so daß der Strom aus dem Ladekondensator nicht in die

ίο Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators fließen kann.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Zündkerze mit angeschlossener Schaltungsanordnung;

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung; Fig.3 ein Diagramm, das die Änderung der

Isolationsdurchschlagspannung im Verhältnis zum Produkt aus der Länge der Entladungsstrecke und dem Druck der Atmosphäre zeigt, in der die Funkentladung erfolgt;

F i g. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der elektrischen Bogenentladungsspannung und dem elektrischen Entladestrom zeigt; und

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

In F i g. 1 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein Nebenbrennraum 31 in einer Zündkerze 27 ausgebildet

«> ist, so daß im Zylinderkopf kein Nebenbrennraum ausgebildet zu sein braucht. Daher ist diese Zündeinrichtung sowohl bei Motoren anwendbar, die keinen Nebenbrennraum haben, als auch bei Motoren mit einem Nebenbrennraum.

« Bei der Ausführungsform gemäß F i g. I ist die Zündkerze 27 in einen Zylinderkopf 26 eingeschraubt. Die Zündkerze 27 weist ein Hauptteil 28 auf, das aus einem wärmebeständigen und elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist. Das Hauptteil 28 ist in den Zylinderkopf eingeschraubt. Bei diesem Material kann es sich um üblicherweise für Zündkerzen verwendetes Material handeln. Das Hauptteil 28 ist hohl ausgebildet, so daß der hohle Abschnitt den Nebenbrennraum 31 bildet. In der unteren Stirnwand des Nebenbrennraumes

■f> 31 ist eine Verbindungsöffnung 30 ausgebildet, die den Nebenbrennraum 31 und einen Hauptbiennraum 29 miteinander verbindet. Eine Mittelelektrodf* 33 ragt in den Nebenbrennra'jm 31, und ihr unteres Ende endet an einer Stelle in oder dicht bei der Verbindungsöffnung 30.

w Die Mittelelektrode 33 ist mit einer Isolatorhülse 32 ummantelt, durch die die Mittelelektrode 33 gegenüber dem Hauptteil 38 isoliert ist. Zwischen dem unteren Endabschnitt der Mittelelektrode 33 und der Oberfläche des Umfangsbereiches 34 der Verbindungsöffnung 30

^r>^r> besteht eine elektrische Funkenstrecke 33a. Die Mittelelektrode 33 ist über den Gleichrichter 110 mit der elektrischen Hochspannungsquelle Hund über den Gleichrichter 111 mit der elektrischen Niederspannungsquelle LX oder L2, d.h. der Gleichstromquelle.

w verbunden. Die Masseanschlüsse der Hochspannungsquellc Hund der Niederspannungsquclle L\ bzw. L2 sind mit dem Zylinderkopf 26 verbunden.

Bei der Erfindung ist es wünschenswert, daß die elektrische Entladung der /ündkcr/c von einem

*>'< bestimmten Zeilpunkt während des Verdichtungshubes bis /u einem bestimmten Zeitpunkt während des Verbrcnnungs- bzw. P.xpansionshuhes dauert. Im folgenden werden die Hochspannungsquelle H und

Niederspannungsquellen L1 und L 2 beschrieben.

Gemiß der Darstellung in F i g, 2 sind die elektrische Hochspannungsquelle H und die elektrische Niederspannungsquelle L1 Qber Gleichrichter 110 und Ul, die mit zueinander entgegengesetzter Wirkungsrichtung angeordnet sind, parallel zueinander mit einer Funkenstrecke 112 verbunden. Somit liegen die Gleichrichter 110 und Ul mit zueinander entgegengesetzter Wirkungsrichtung in Reihe so daß elektrische Ableitungen zwischen den Quellen H und L1 verhindert werden können. Bei der elektrischen Hochspannungsquelle H sind eine Batterie 113, beispielsweise ein Sekundärelement, eine Primärwicklang 114Λ einer Zündspule 114 und ein Unterbrecher 115 in Reihe gefaltet Der positive Anschluß der Batterie ί 13 und ein stationäres Glied einer Kontaktstelle 118 des Unterbrechers 115 sind geerdet Eine Sekundärwicklung 114Ä der Zündspule 1=14 ist mit der Primärwicklung 114/4 in Reihe geschaltet Eine Ausgangsleitung 116 der Sekundärwicklung 1145 ist über den Gleichrichter 110 in Reihe mit einer Elektrode 112/4 der Zündkerze geschaltet. Die Elektrode 112/4 bildet zusammen mit der anderen Elektrode 1125, die geerdet ist, die Funkenstrecke 112.

Die elektrische Niederspannungsquelle L1 umfaßt eine Batterie 117 als elektrische Energiequelle zur Lieferung einer Gleichspannung von beispielsweise 50 V bis 1500 V.

In der Niederspannungsquelle L1 sind der negative Anschluß der Batterie 117, ein Widerstand 118 und ein Kondensator 119 in Reihe geschaltet. Der positive Anschluß der Batterie 117 ist ebenso wie eine Elektrode 119S des Kondensators 119 geerdet. Die andere Elektrode 119/4 des Kondensators 119 ist mit einer Ausgangsleitung 120 der Niederspannungsquelle L 1 verbunden. Die Ausgangsleitung 120 ist über den Gleichrichter 111 in Reihe mit der Entladungselektrode 112/4 verbunden.

Eine Nocke 121 des Unterbrechers 115 ist in üblicher Weise funk'ional mit dem Motor verbunden, wodurch die Kontaktstelle 118 des Unterbrechers 115 so betätigt wird, daß die Kontaktglieder intermittierend arbeiten. Wenn die Kontaktstelle geöffnet wird, wird ein elektrischer Strom, der in der Primärwicklung 114/4 der Zündspule 114 fließt, schlagartig unterbrochen, so daß in der Zündspule 114 eine schnelle Änderung der magnetischen Induktion erzeugt wird, wodurch ein Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung 114ZJ der Zündspule 114 hervorgerufen wird. Dieser Hochspannungsimpuls wird der Entladungselektrode 112/4 zugeführt. Dies führt dazu, daß in der Funkenstrecke 112 eine Funkenentladung erfolgt.

Dagegen wird in der elektrischen Niederspannungsquelle L 1, die den Gleichstrom liefert, die elektrische Energie von der elektrischen Gleichstromquelle, beispielsweise der Batterie 117, im Kondensator 119 als elektrische Ladung gespeichert. Die Spannung der Batterie 117 ist so gewählt, daß sie keine elektrische Bogenentladung in der Funkenstrecke 1 \2 erzeugt.

Die Zufuhr des von der elektrischen Hochspannungsquelle H erzeugten Höchspäfifiüngsimpulses zur Funkenstrecke 112 bewirkt, daß die Isolation zwischen den Elektroden 112/4 und 112Ö durchschlagen wird. Gleichzeitig mit dem Durchschlagen der Isolation fließt schlagartig ein starker elektrischer Strom von der elektrischen Hochspannungsquelle zur Funkenstrecke. Sobald diese elektrische Entladung des starken elektrischen Stromes in der Funkenstrecke erfolgt, sinkt die Entladespannung. In der Regel erfordcri die anfängliche

ίο

Entladung, d.h. die Funkenentladung, eine hohe Spannung; die der anfänglichen Entladung folgende Entladung erfordert jedoch keine so hohe Spannung-Wenn das Absinken der Entladespannung in zuvor beschriebener Weise erfolgt, arbeitet dieser Spannungsabfall als Auslöser, der eine Entladung der im Kondensator 119 gespeicherten elektrischen Ladung ermöglicht, obwohl deren Spannung so niedrig ist, daß sie keine Entladung zwischen den Elektroden 11JL4 und 1125 auslösen kann. Auf diese Weise wird eine Entladung mit einer Energie, die der Kapazität des Kondensators 119 entspricht, bei niedriger Spannung während einer Zeitdauer erzeugt die durch den Kondensator bestimmt ist Wenn die Entladung der im Kondensator 119 gespeicherten elektrischen Ladung eine bestimmte Zeit lang erfolgt ist sinkt selbstverständlich die Spannung zwischen den Elektroden 119/4 und 119iJdes Kondensators 119. Dieses Absinken der Spannung führt dazu, daß die Entladung in der Funkenstrecke 112 abgebrochen Wird

Nachdem der Kondensator 119 seine elektrische Ladung abgegeben hat, wird dieser erneut entsprechend der Zeitkonstanten, die durch den Widerstandswert des Widerstandes 118 bestimmt ist, aufgeladen. Die durch den Ladevorgang im Kondensator 119 gespeicherte Ladung wird dann wieder durch das Durchschlagen der Isolation zwischen den Elektroden 112/4 und 112Ö aufgrund des Hochspannungsimpuhses entladen, der von der elektrischen hochspannungsquelle Wgeliefert wird.

Mittels der in Fig.2 gezeigten Schaltung kann aufgrund der Entladung des Kondensators 119 eine elektrische Bogenentladung für eine bestimmte Zeitdauer in der Funkenstrecke (in der Regel zwischen den Elektroden der Zündkerze) aufrechtgehalten werden. Durch diese Bogenentladung wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet und mit hoher Energie versehen, so daß die gewünschte Verbrennung selbst dann «-rreicht werden kann, wenn ein mageres Gemisch benutzt wird oder die Temperatur des Motors niedrig ist.

Die Wirkungsweise der in Fig.2 gezeigten elektrischen Energie wird aus den F i g. 3 und 4 noch deutlicher werden. Fig.3 zeigt die Beziehung zwischen der Spannung, die erforderlich ist, um die Isolation zu durchschlagen, und dem Produkt aus eiern Elektrodenabstand bzw. der Länge d der Funkenstrecke und dem Druck ρ der Atmosphäre in der Funkenstrecke. Bei üblichen Zündkerzen ist das Produkt aus d und ρ ungefähr 2 bis 8, so daß hohe Spannungen von 8 bis 20 kV erforderlich sind, um in der Funkenstrecke einer herkömmlichen Zündkerze eine Funkenentladung zu erzeugen.

Fig.4 zeigt die Beziehung zwischen Spannung und Stromstärke eines kontinuierlichen Entladestromes. Wie aus dem Diagramm gemäß Fig.4 ersichtlich ist. steigt die erforderliche Spannung bei einem Entladestrom von weniger als 0,2 A stark an. Bei herkömmlichen Zündeinrichtungen beträgt der Entladestrorr. ungefähr 30 bis 5Γ mA, so daß die für eine kontinuierliche Entladung erforderliche Spannung 600 bis 1500V beträgt. Wenn der Entladestrom größer als 0,5 A ist, kann die für eine kontinuierliche Entlad.ing erforderliche Spannung kleiner als IW) V sein.

Wie aus vorstehender F.rläiiterung klar sein dürfte, kann die Spannung, die für eine kontinuic-lithe Entladung im Anschluß an die Durchschlagung der Isolation erforderlich ist, sobald die Isolation durchschlagen worden ist. im Falle eines kuiitiriuiiTlichen Entladestrnmes von mehr als 0.5 Λ kleiner als 100 V

sein. Wenn der Entladcstmm größer als 0,5 A ist, kann eine kontinuierliche Bogenentladung bei sehr niedrigen Spannungen von weniger als 100 Verreicht werden.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform sind die elektrische Hochspannungsquelle H und eine elektrische Niederspannungsquelle /. 2 parallel geschaltet und mit der Funkenstrecke 112 verbunden. In der Hochspannungsquelle Hund der Niederspannungsquelle L 2 sind jeweils Sperren 130 und 131 zur Verhinderung eines Gegenstromes zwischen diesen vorgesehen. Bei der Sperre 131 handelt es sich um einen Gleichrichter wie bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die andere Sperre 130 besteht aus einer Entladestrecke 130,4 und einem Widerstand I30S. Die elektrische HochspaniHingsquelle //ist im wesentlichen die gleiche wie bei der in F i g. 2 gezeigten Schaltung, und daher werden die gleichen Bezugs/eichen wie in F i g .2 für gleiche Elemente verwendet. Aufbau und Wirkungsweise der in F i g. 5 gezeigten elektrischen Hochspannungsquelle // sind die gleichen wie die der in F i g. 2 gezeigten Hochspannungsquelle.

In der in F i g. 5 gezeigten elektrischen Niederspannungsquelle /.2 ist der negative Anschluß einer elektrischen Quelle in Form einer Batterie 132 mit einem Widerstand 133 und einem Kondensator 134 in Reihe geschaltet. Der positive Anschluß dieser Quelle 132 und des Kondensators 133 sind geerdet. Insoweit stimmt der Aufbau mit dem der Niederspannungsquelle Z-I in Fig. 2 überein. Bei dem in Fig 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind jedoch ferner ein Widerstand 135 und eine Spule 136 mit der Funkenstrecke 112 über den Gleichrichter 131 und den Kondensator 134 in Reihe geschaltet, damit der kontinuierliche Entladestrom von der Niederspannungsquelle L 2 zur Funkenstrecke 112 gesteuert wird. Der kontinuierliche Entladestrom ist durch die Impedanz aufgrund des Widerstandes 135 und der Spule 136 festgelegt.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform bewirkt der von der elektrischen Hochspannungsquelle // erzeugte Hochspannungsimpuls eine Funkenentladung in der F.ntladestrecke 130/4, die zur Verhinderung eines Gegenstromes von der Niederspannungsquelle L 2 vorgesehen ist, und eine Funkenentladung in der Funkenstrecke 112. Der Abstand zwischen den Elektroden der Gegenstromsperre 130, d. h. die Länge der Entladcstrcckc 130,4, ist so bestimmt, daß ein Durchgang des Impulses von der Hochspannungsquelle // möglich ist und daß ein Gegenstrom von der Niederspannungsquelle L 2 nicht durchgelassen wird. Sobald die Funkenentladung einmal in der Funkenstrekkc 112 erzeugt worden ist. wird die im Kondensator 134 der Niederspannungsquelle L 2 gespeicherte elektrische Ladung aufgrund des Auslöseeffekts der Funkcntladung in zuvor beschriebener Weise entladen. In diesem l-'alie wird der Entladestrom vom Kondensator 134 durch den Widerstand 135 und die Spule 136 gesteuert. Auch bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform folgt der von der Hochspannungsquelle H verursachten Entladung eine kontinuierliche Entladung des Kondensators 134.

Um /u verhindern, daß der Strom von der Niederspannungsquelle L 2 zur Hochspannungsquelle //als Ge»enstrom fließt, ist bei dem in F i g. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel die Entladungsstrecke 130/4 vorgesehen. Diese Entladestrecke 1304 kann durch den bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F : g. 2 verwendeten Gleichrichter ersetzt werden. Die in der Hochspannungsquelle H erzeugte Spannung hat den Charakter eines Impulses, dessen Dauer sehr kurz ist, so daß der Ausgangsimpuls der Hochspannungsquelle H auch durch die Spule 136 daran gehindert werden kann, zum Kondensator 134 und der Batterie 132 zu gelangen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Schaltungsanordnung für eine Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem Hauptbrennraum und einem Nebenbrennraum, sowie einer Verbindungsöffnung zwischen diesen beiden Brennräumen, einer Zündelektrode mit einer an einer Stelle nahe der Verbindungsöffnung angeordneten Funkenstrecke, einem Zündtransformator, dessen Sekundärwicklung an die Zündelektrode angeschlossen ist einer elektrischen Energiequelle und einem über einen Widerstand parallel zur Energiequelle geschalteten Ladekondensator, dessen Ladung der durch die in der Sekundärwicklung erzeugte Hochspannung gezündeten Funkenstrecke über einen weiteren Zeitraum zuführbar ist wobei die Spannung der Energiequelle nicht ausreichend ist um eine Funkenentladung einzuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (33, 112) über eine erste Rückstromsperre (110, 130/4; mit der Sekundärwicklung (114ß) und über eine zweite Rückstromsperre (111, 131) mit dem Ladekondensator (119, 134) verbunden ist, und daß die beiden Rückstromsperren (110, 111, 130A 131) von der Zündelektrode (33, 112) aus gesehen gleiche Durchlaßrichtung haben.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rückstromsperre als Funkenstrecke (130A;ausgebildet ist