DE2444242A1

DE2444242A1 - Zuendsystem fuer eine innenverbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE2444242A1
Application number: DE19742444242
Authority: DE
Inventors: Richard Wray Johnston; John George Neuman
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1973-09-17
Filing date: 1974-09-16
Publication date: 1975-04-03
Also published as: GB1438448A; CA1030595A; JPS5058430A; US3945362A; IT1019292B; FR2244082B1; FR2244082A1; DE2444242B2; AU7265474A; DE2444242C3

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den ^ ^SER S/Sv - G 3053

GENERAL MOTORS CORPORATION Detroit, Michigan, USA

Zündsystem für eine Innenverbrennungs-

maschine

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für eine Innenverbrennungsmaschine und bezieht sich insbesondere auf ein solches Zündsystem für eine Innenverbrennungsmaschine, welches einen Zündfunken oder einen -Lichtbogen von einer vorgegebenen, verhältnismäßig verlängerten Dauer für jeden Maschinenzylinder erzeugt und die Fähigkeit aufweist, an aufeinanderfolgenden Zeitpunkten während einer solchen Dauer erneut zu zünden.

Das brennbare Treibstoff-Luft-Gemisch in jedem der Zylinder einer Innenverbrennungsmaschine wird während jedes Kompressionshubes in der Nähe von oder direkt bei der Beendigung dieses Kompressionshubes durch einen elektrischen Funken gezündet, welcher durch das zugeordnete Zündsystem erzeugt wird. Dieser Zündfunke oder -Lichtbogen muß deshalb eine ausreichende Intensität aufweisen, um die Verbrennung zu zünden, er muß weiterhin eine ausreichende Dauer haben, um zu gewähr-

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■leisten, daß die Verbrennung zuverlässig aufgebaut wird, und er muß eine ausreichende Energie haben, um eine vollständige Verbrennung zu erreichen. Weiterhin ist es wünschenswert, daß der Lichtbogen sich selbst erneut wieder aufbaut, wenn er aus irgendeinem Grunde gelöscht wird. Bei Maschinen, die für eine magere Verbrennung ausgelegt sind, um schädliche Abgase zu vermeiden, ist es besonders schwierig, eine zuverlässige Verbrennung zu erreichen und die Verbrennung erneut in Gang zu bringen, sobald sie einmal erloschen ist.

Die Erfindung wendet in vorteilhafter Weise die Eigenschaft eines Lichtbogens an, der dann, wenn er einmal aufgebaut ist, durch eine verhältnismäßig geringe Spannung aufrechterhalten werden kann. Zugleich wird der Lichtbogen dann, wenn ein Ausblasen auftritt, durch erneute Spannungsspitzen, welche durch einen erneut erzeugten Strom den Lichtbogen wieder erzeugen, nochmals gezündet. Das System arbeitet in einem Transformatormodus, und zwar während jeder Primärstrom-Einschaltperiode, und es arbeitet in einem induktiven Entladungsmodus, während es sich in dem Anfangsteil jeder Stromabschaltperiode befindet, bzw. in einem induktiven Stromdekrementmodus, während der Ausgleich jeder Stromabschaltperiode erfolgt. Kurz gesagt, das erfindungsgemäße Zündsystem verwendet grundsälzLich die allgemeine Schaltungsanordnung eines Transformator-Zündsystems, indem eine einfache Transformatorschaltung mit einem Primärstrom-Steuerschalter verwendet wird. Jedoch wird der Primärschalter (vorzugsweise ein Transistor) während jeder Zündperiode sehr oft (z.B. 7 mal) eingeschaltet und ausgeschaltet (z.B. beträgt eine Periode 7»5 Millisekunden). Während jeder Einschaltzeit steigen sowohl der Primärstromfluß als auch der magnetische Transformatorfluß mit einer verhältnismäßig, konstanten Rate an. Dadurch wird in der Sekundärwicklung eine verhältnismäßig konstante Spannung von beispielsweise 3 kV aufgrund der Transformatorwirkung induziert. Dieser Spannungswert reicht

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dazu aus, an den Zündkerzen-Lichtbogenklemmen eine Spannung von mehr als etwa 800 Volt zu erzeugen, die erforderlich ist, um einen Lichtbogen aufrechtzuerhalten, wenn er zuvor aufgebaut wurde. Durch Verwendung einer sehr kurzen Einschaltperiode (beispielsweise 500 MikrοSekunden) wird die erforderliche, etwa konstante Zeitrate der Transformatorflußzunahme erreicht, und zwar mit einem verhältnismäßig gering dimensionierten Transformatorkern und einer entsprechend geringeren Gesamtgröße des Transformators, als sie andernfalls erforderlich wäre. Auf diese Weise ziehen die aufeinanderfolgenden Einschaltperioden einen Vorteil aus der verhältnismäßig geringen erforderlichen Spannung, um den einmal aufgebauten Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig jedoch steigt der Strom fortschreitend während jeder Einschaltperiode derart an, daß am Ende dieser Periode, wenn der Primärstrom plötzlich unterbrochen wird (zu einer Zeit, zu der kein Lichtbogen vorhanden ist), eine Lichtbogen-Erzeugungs-Spannungsspitze auftritt, beispielsweise mit 15 kV oder darüber, und zwar an der Sekundärwicklung des Transformators. Diese Spannungsspitze ist durch eine außergewöhnlich hohe Anstiegsrate der Spannung gekennzeichnet, wodurch sie zur Zündung des Lichtbogens außerordentlich wirksam wird. Diese Wirkung ist ähnlich wie die eines herkömmlichen induktiven Entladungs-Zündsystems, mit der Ausnahme, daß eine Vielzahl solcher Primärstromausschaltvorgänge während jeder Zündperiode auftreten, so daß mehrere Male hintereinander die Möglichkeit der erneuten Zündung des Lichtbogens besteht und die Rate des Spannungsanstieges außerordentlich rasch ist. Da weiterhin die Einschaltzeit von der Maschinengeschwindigkeit unabhängig sein kann (was vorzugsweise auch der JPall ist), und zwar sehr kurz, müssen die Transformatorgröße und die Schaltimpulsfolgefrequenz nicht auf die starken Ströme Rücksicht nehmen, die normalerweise beim Anlassen der Maschine oder bei geringer Maschinengeschwindigkeit vorhanden sind und vor der Unterbrechung auf einem verhältnismäßig konstanten Wert gehalten sind. Nach der

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Lichtbogenerzeugungs-Hochspannungsspitze bei jeder Abschaltperiode fällt die Spannung rasch auf eine niedrigere Spannung ab, wie sie dem induktiven Dekrementtyp des Stromflusses durch den Lichtbogen zugeordnet ist. Für die Dauer der Abschaltperiode jedoch wird die Spannung an der Zündkerze auf einem den Lichtbogen aufrechterhaltenden Wert gehalten (d.h. über etwa 800 Volt),

In der nachfolgend beschriebenen speziellen Ausführungsform weist der Schalter die Form eines Transistors auf, dessen Emitter-Kollektor-Elektroden in Reihe mit der Transformatorprimärwicklung liegen. Eine im wesentlichen rechteckwellenförmige Spannung mit einem ausreichenden Wert, um abwechselnd die Vorgänge maximaler Leitfähigkeit und keiner Leitfähigkeit durch die Emitter-Kollektor-Strecke hervorzurufen, wird an die Basis-Emitter-Elektroden über eine vorgegebene Zeit wie beispielsweise 7»5 Millisekunden angelegt, wodurch die Zündperiode gebildet wird. Diese abwechselnden Vorgänge haben eine Grundfrequenz, die verhältnismäßig hoch liegt, beispielsweise bei einem Kilohertz. Diese Frequenz wird durch die gesamte Zeitperiode bestimmt, die erforderlich ist, um den Primärstrom auf einen Wert zu bringen, welcher dazu in der Lage ist, einen Lichtbogen bzw. einen Zündfunken zu erzeugen, wenn eine Unterbrechung aufgetreten ist, und durch die Zeitperiode, während welcher der Strom abgeschaltet sein kann und der Lichtbogen dennoch zuverlässig aufrechterhalten wird. Eine längere oder eine kürzere Periode, als sie für diese Wirkung erforderlich ist, ist unerwünscht. Dies führt beispielsweise zu einer Folge von acht Einschaltperioden von 500 MikrοSekunden, die Jeweils durch sieben Abschaltperioden von gleicher Länge getrennt sind. Eine geeignete Zeitsteuereinrichtung, welche durch die Maschine steuerbar ist, löst die erste Einschaltperiode zu einer geeigneten Zeit vor der gewünschten ersten Zündung aus, um diese Einschaltperiode zu beenden und die erste Ausschaltperiode oder Abschaltperiode zu beginnen, wenn der Lichtbogen bzw. Zündfunken aufgebaut werden soll.

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einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein erheblicher Widerstand von beispielsweise 30 Kiloohm im Sekundärkreis des Transformators vorgesehen. Dieser Widerstand vermindert den Stromfluß auf der Sekundärseite unter Transformatorwirkung und demgemäß auch den Primärstrom. Während ein solcher Widerstand die Tendenz zeigt, die Leistung des Sekundärkreises nachteilig zu beeinträchtigen, hat sich gezeigt, daß bei entsprechender Dimensionierung insgesamt sich ein wesentlicher Vorteil ergibt.

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Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen Zündsystems für eine Brennkraftmaschine,

Fig."IA einen Teil eines Schaltschemas einer veranschaulichten Stromrückführanordnung zur Steuerung der Einschaltzeit der Transformatorprimärwicklung,

Fig. 2 ein Schaltschema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündsystems für eine Brennkraftmaschine und

Fig. 3 einen Satz von graphischen Darstellungen, welche die Arbeitsweise der Schaltungen gemäß Fig. 1 und veranschaulichen, wobei die graphisch dargestellten Kurven den Betrieb in der Weise veranschaulichen, daß die Einschaltzeitperiode bei einem festen Stromwert beendet wird.

Punkte eines Bezugs- oder eines Erdpotentials sind in den Zeichnungen jeweils bei 5 dargestellt.

Das erfindungsgemäße Zündsystem für eine Brennkraftmaschine wird nachfolgend kurz anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Ein Transistor 20 arbeitet gemäß Fig. 1 und 2 als elektrische Schalteinrichtung im Erregerkreis einer Zündspulen-Primärwicklung 15 und wird demgemäß im eingeschalteten und im ausgeschalteten Zustand betrieben, wobei er über die Kollektor-Emitter-Elektroden während des eingeschalteten Zustandes leitet und über die Kollektor-Emitter-Elektroden während des ausgeschalteten Zustandes nicht leitet. Der Schalttransistor 20 für die Primärwicklungs-Erregerschaltung wird jedes Mal im eingeschalteten Zustand betrieben, wenn ein Zündfunken ausgelöst werden soll und unabhängig von der Arbeitsweise der Maschine im ausgeschalteten Zustand, wenn

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eine'vorgegebene Zeit für den eingeschalteten Zustand abgelaufen ist. Danach wird der Transistor abwechselnd während einer vorgegebenen Zeitperiode in den eingeschalteten und in den ausgeschalteten Zustand gebracht, während welcher Zündfunkenenergie der Zündkerze über die Elektroden zugeführt werden soll, von denen ein Zündfunken ausgelöst wird. Jedes Mal dann, wenn der Schalttransistor 20 in den eingeschalteten Zustand gebracht wird, um die Zündspulen-Primärwicklungs-Erregerschaltung aufzubauen, erzeugt der zunehmende Fluß des Primärwicklungs-Erregerstromes durch die Primärwicklung ein sich änderndes Magnetfeld, welches eine Sekundärwicklung 16 koppelt und durch Transformatorwirkung in der Sekundärwicklung ein den Zündfunken unterhaltendes Potential aufbaut, welches eine ausreichende Stärke bzw. Amplitude aufweist, um einen beliebigen, zuvor ausgelösten Zündfunken zu unterhalten. Jedesmal dann, wenn der Schalttransistor in den ausgeschalteten Zustand gebracht wird, um plötzlich den Primärwicklungs-Erregerkreis zu unterbrechen, führt die plötzliche Unterbrechung des Primärwicklungs-Erregerstromes (wenn kein Funken bzw. Lichtbogen vorhanden ist) zu einem rasch zusammenbrechenden Magnetfeld, welches durch Induktionsspulenwirkung in der Sekundärwicklung ein Zündfunken-Auslösepotential erzeugt, welches eine ausreichende Stärke bzw. Amplitude aufweist, um zwischen den Elektroden der Zündkerze der Maschine einen Zündfunken bzw. Lichtbogen auszulösen. Die Zündspulen-Primärwicklnng 15 hat eine Induktivität, welche bei entsprechend dimensioniertem, durch sie hindurchfließenden Erregerstrom eine ausreichende Energie speichert, um den ausgelösten Zündfunken in einer induktiven Dekrementwirkung zu halten, bis der Schalttransistor 20 das nächste Mal in den eingeschalteten Zustand gebracht wird. Das erfindungsgemäße Zündsystem für eine Brennkraftmaschine liefert somit einen Zündfunken bzw. Lichtbogen für die Dauer der vorgegebenen Zeitperiode, während welcher Zündfunkenenergie jeder Zündkerze der Maschine zugeführt

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werden soll, und es weist weiterhin die Fähigkeit auf, den Zündfunken Jedesmal dann erneut auszulösen, wenn der Schalttransistor in den ausgeschalteten Zustand gebracht wird, falls der Zündfunken während einer beliebigen von vorgegebenen Zeitperioden ausgelöscht werden sollte. Um diese Eigenschaften zu erreichen, muß die Zündspule ein Windungsverhältnis zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung aufweisen, welches beispielsweise bei einem 12-VoIt-System in der Größenordnung von 1;200 liegt, so daß der in der Primärwicklung ansteigende Erregerstrom, und zwar während sich der Schalttransistor im eingeschalteten Zustand befindet, ein zunehmendes Magnetfeld erzeugt, welches durch Transformatorwirkung ein den Zündfunken unterhaltendes Potential induziert, und zwar in der Sekundärwicklung, wobei die Größe bzw. Amplitude des Potentials ausreichend ist, um einen zuvor ausgelösten Zündfunken von beispielsweise 2400 Volt aufrechtzuerhalten. Die Querschnittsfläche des magnetischen Eisens des Kerns der Zündspule muß ausreichend groß sein, um su gewährleisten, daß der Kern während derjenigen Perioden nicht in die Sättigung gelangt, während welcher der Schalttransistor im eingeschalteten Zustand ist, und die Primärwicklung muß eine ausreichende Induktivität aufweisen, welche bei einem entsprechend dimensionierten Erregerstrom in der Primärwicklung eine ausreichende gespeicherte Energie liefert, um die gesamte Sekundärausgangskapazität auf einen gewünschten Spitzenwert aufzuladen, wodurch beim Umschalten des Schalttransistors in den ausgeschalteten Zustand ein Zündfunkenpotential in der Sekundärwicklung erzeugt wird₉ welches rasch auf einen Wert zunimmt, der über demjenigen Wert liegt, welcher erforderlich ist, um einen Zündfunken auszulösen, und um einen Zündfunken bzw. Lichtbogen während derjenigen Perioden aufrechtzuerhalten, in welchen der Schalttransistor im ausgeschalteten Zustand ist.

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In den Pig. 1 und 2 der Zeichnung sind jeweils Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zündsystems für eine Brennkraftmaschine schematisch in einer Kombination mit einer Gleichstromquelle dargestellt, die eine herkömmliche Speicherbatterie 3 sein kann, und es ist x^eiterhin ein Zündverteiler 6 mit einem beweglichen elektrischen Kontakt 7 vorhanden, der in zeitlicher Beziehung mit einer zugehörigen Maschine in Drehung versetzt wird, über welchen die Zündfunkenenergie den Zündkerzen der Maschine einzeln zugeführt wird, und zwar in einer Art und Weise, wie es an sich in der Automobiltechnik bekannt ist.

Eine Brennkraftmaschine bzw. ein Innenverbrennungsmotor, bei welchem beide hier beschriebenen speziellen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zündsystems verwendet werden können, ist bei 10 schematisch dargestellt und weist gemäß der Darstellung vier Zündkerzen 1S, 2S, 3S und 4S auf, die jeweils einen Funkenspalt aufweisen, der mit der Brennkammer des zugehörigen Zylinders in "Verbindung steht, wie es an sich bekannt ist. Es ist jedoch insbesondere darauf hinzuweisen, daß beide Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zündsystems mit Innenverbrennungsmaschinen verwendbar sind, die mehr oder weniger Zylinder aufweisen können, und daß die Erfindung auch in Verbindung mit Drehkolbenmaschraen anwendbar ist.

Vorzugsweise ist in dem Zündverteiler 6 ein Paar von Zündverteiler-Unterbrecherkontakten 4 angeordnet, welche derart betätigbar sind, daß der elektrische Stromkreis in zeitlicher Abhängigkeit von der Maschine 12 geöffnet und geschlossen werden kann, und zwar durch einen Verteilernocken 8, der von der Maschine 10 in bekannter Weise in Drehung versetzt wird. Der Kondensator 2 ist der Zündkondensator, welcher parallel zu den Unterbrecherkontakten 4 geschaltet ist.

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Um das Betriebspotential jeder Ausführungsform zuzuführen, ist ein beweglicher Kontakt 11 eines elektrischen Schalters

13 vorgesehen, der mit einem stationären Kontakt 12 in Berührung gebracht werden kann, um das Batteriepotential über eine Leitung

14 zuzuführen, wobei ein Bezugspunkt oder ein Erdpotentialpunkt 5 vorhanden ist. Der bewegliche Kontakt 11 und der stationäre Kontakt 12 des elektrischen Schalters 13 können ein Paar von Ruhekontakten sein, die als normalerweise geöffnete Zündkontakte in einem herkömmlichen Zündsystem für ein Kraftfahrzeug vorhanden sind. Für die nachfolgende Beschreibung sei angenommen, daß der bewegliche Kontakt 11 mit dem stationären Kontakt 12 in Berührung ist.

Die Zündspule 18 jeder Ausführungsform hat einen magnetischen Kern 17, eine Primärwicklung 15 und eine Sekundärwicklung 16. Während sich der Erregerstrom durch die Primärwicklung 15 aufbaut, wird in dem Kern 17 ein magnetischer J¹IuB erzeugt, welcher dem Strom etwa i?bportional ist. Dieser Fluß verkettet die Sekundärwicklung 16, welche mit dem beweglichen elektrischen Kontakt 7 des Zündverteilers 6 verbunden ist. Ein Funken- bzw. Bogen-Auslösepotential ausreichender Stärke, um einen Zündfunken bzw. einen Lichtbogen über den Funkenspalt der Zündkerzen 1S, 2S, 3S oder 4S auszulösen, welche an den Verteiler 7 angeschlossen sind, wird durch eine induktive Entladungswirkung in der Sekundärwicklung 16 bei der Unterbrechung des Stromes, der als Erregerstrom durch die Primärwicklung 15 fließt, in der Weise induziert, wie es in der Automobiltechnik an sich bekannt ist. Das Primärwicklungs-Windungsverhältnis des Transformators und der Primarerregerstrom im Zeitpunkt der Unterbrechung werden derart gewählt, um in diesem Zeitpunkt eine Spannungsspitze zu erzeugen, welche ausreichend ist, um einen Zündfunken bzw. Lichtbogen hervorzurufen. Die Ausschaltperiode besteht.über eine hinreichend kurze Zeit weiter, nachdem der Funken bzw. Lichtbogen ausgelöst wurde, um den Zündfunken über jeden Zündkerzen-Funkenspalt aufrechtzuerhalten, während das induktive Stromdekrement stattfindet. Die Zündspule 18 ist weiterhin ·

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derart ausgebildet, daß zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung ein Windungsverhältnis vorhanden ist, so daß dann, wenn der Erregerstrom durch die Primärwicklung 15 sich aufbaut, ein Potential ausreichender Größe bzw. Amplitude entsteht, um den Zündfunken aufrechtzuerhalten, der über den Zündkerzen-Funkenspalt durch die Transformatorwirkung in der Sekundärwicklung 16 hervorgerufen wird. Falls es erwünscht ist, kann die Zündspule 18 einen offenen Magnetkern aufweisen. Dies bedeutet, daß der Magnetkern 17 einen Luftspalt aufweisen kann, der in der Größenordnung von etwa 0,38 mm (0,015 inch) liegt, wie es in der Automobiltechnik an sich bekannt ist. In einer als Beispiel dienenden praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündsystems hatte die Zündspule 18 11 Primärwicklungswindungen und 2200 Sekundärwicklungswindungen, was einem Verhältnis von 1:200 entspricht. Dabei waren ein Primärwicklungs-Erregerstrommaximum zu der Zeit der Unterbrechung von etwa 30 Amperetei 12 Primärwicklungsvolt vorhanden, und die Induktivität der Primärwicklung betrug 200 Mikrohenry. Die gespeicherte Primarwicklungsenergie (W) in Joule ist gleich dem halben Produkt aus der Primärwicklungsinduktivität (L) in Henry und dem Quadrat des Primarwicklungserregerstromes (Ιλ in Ampere,

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was sich ausdrucken läßt durch die Beziehung W = —5 Joule.

Deshalb lieferte bei einer Primarwicklungsinduktivität von 200 Mikrohenry und einer Primärwicklungserregerstromstärke yon 30 Ampere diese Spule 90 Milli^oule der gespeicherten Primarwicklungs energie.

In beiden hier beschriebenen Ausfuhrungsformen der Erfindung ist die elektrische Schalteinrichtung von einem Typ,.der in Reaktion auf elektrische Signale derart betrieben werden kann, daß der elektrische Stromkreis geöffnet und geschlossen wird, so daß Erregerstrom von der Gleichstrompotentialquelle,· der Batterie 3» über die Primärwicklung 15 der Zündspule 18 fliessen -kann. Gemäß der Darstellung ist die Schalteinrichtung ein

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NPN-Transistor 20. Diese Einrichtung kann jedoch durch eine beliebige anders elektrische Schalteinrichtung mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften ersetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen» Die Kollektorelektrode 22 und die Emitterelektrode 23 des Transistors 20 und die Primärwicklung 15 eier Zündspule 18 sind parallel zu der Batterie 3 in Reihe geschaltet, und zwar über den Schalter 13 und die Leitung 14 und über den Bezugspunkt oder den Erdpotentialpunkt 5·

Während bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1 die Maschine 10 läuft, werden die Zündverteiler-Unterbrecherkontakte 4 jedesmal dann derart betrieben^ daß der elektrische Stromkreis offen ist, wenn eine der äquidistant angeordneten Erhöhungen des Zündverteilernockens 8 an der Nockenfolgeeinrichtung oder dem Reibblock 9 vorbeigeht. Jedesmal dann, wenn einer der Unterbrecherkontakte 4 derart betätigt wird, daß der elektrische Stromkreis unterbrochen wird, tritt eine positive Spannungszunähme, welche ein Zeitsteuersignal festlegt, an der Verbindung 25 und dem Bezugspunkt oder Erdpotentialpunkt 5 auf. Bei dieser Ausführungsform, bei welcher jeder Zündvorgang einer vorgegebenen Anzahl von Grad der Kurbelwellendrehung entspricht, sind die äquidistant angeordneten Erhöhungen des Verteilernockens 8 derart ausgebildet, daß die Zündverteiler-Unterbrecherkontakte 4 für eine solche vorgegebene Anzahl von Grad der Maschinen-Kurbelwellendrehung offengehalten sind. Dies ist die Zeitperiode, während welcher Zündfunkenenergie jeder Zündkerze der Maschine zugeführt wird. Somit wird dann, wenn die Maschine 10 den Verteilernocken 8 derart dreht, daß die Unterbrecherkontakte 4 geöffnet und geschlossen werden, ein Zeitsteuersignal für jede einzelne Zündkerzen-Zündung der Maschine 10 an der Verbindung 25 und dem Bezugs- oder Erdpotentialpunkt 5 erzeugt und während einer Zeitdauer aufrechterhalten, welche derjenigen Zeitperiode entspricht, wahrend welcher Zündfunkenenergie der Zündkerze zugeführt werden soll.

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Es sei beispielsweise angenommen, daß die Zündfunkenenergie jeder Zündkerze 1S, 2S, 3S und 4S der Maschine 10 über eine Periode von 45 Kurbelwellengrad zugeführt werden soll, was bei 1000 U/min etwa 7,50 Millisekunden entspricht. Deshalb ist jede der vier äquidistant angeordneten Erhöhungen des Zündvertexlernockens 8 derart ausgebildet, daß die Zündunterbrechungskontakte 4 über 45° der Kurbelwellendrehung der Maschine 10 offengehalten sind. Dieses Zeitsteuersignal wird durch die Kurve A der Fig. 3 für 1000 U/min dargestellt, was einer Dauer von etwa 7»50 Millisekunden entspricht.

Dieses Zeitsteuersignal wird durch die aus dem Widerstand 26 und dem Kondensator 27 gebildete Filterschaltung gefiltert und in ein Signal von im wesentlichen Rechteckwellenform umgeformt, und zwar durch eine herkömmliche Signalformerschaltung 30.

Jedes der gefilterten und entsprechend geformten Zeitsteuersignale wird der Eingangsschaltung eines Oszillators zugeführt, der ein gesteuerter freilaufender Multivibrator 40 sein kann, welcher eine Reihe von Ausgangssignalen derselben Polarität und mit vorgegebener Wiederholrate in Reaktion auf und über die Dauer von jeweils einem der Zeitsteuersignale erzeugt. Ein gesteuerter, freilaufender Multivibrator arbeitet als freilaufender Oszillator, solange ein Potential an ihn angelegt bleibt. Beispielsweise ist in einer praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Zündsystemschaltung dieser gesteuerte freilaufende Multivibrator derart ausgebildet, daß er eine Frequenz von einem Kilohertz aufweist. Als gesteuerter, freilaufender Multivibrator 40 kann ein beliebiger gesteuerter freilaufender Multivibrator aus der Vielzahl entsprechender bekannter Schaltungsanordnungen verwendet werden, so daß diese Einrichtung lediglich schematisch dargestellt ist. Die Reihe von .Ausgangssignalen, welche durch den gesteuerten, freilaufenden Multivibrator 40 erzeugt werden, haben eine positive Polarität in be-

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zug auf den Bezugspunkt oder Erdpotentialpunkt 5» wie es durch die Kurve B der Fig. 3 dargestellt ist, welche diese Signale in der Form darstellt, daß sie beim Auftreten eines Zeitsteuersignals beginnen und am Ende dieses Zeitsteuersignals aufhören. Die Ausgangssignale, welche durch den gesteuerten, freilaufenden Multivibrator 4-0 erzeugt werden, werden der Bas is-Emitter-Strecke des Transistors 20 zugeführt, der als elektrische Schalteinrichtung arbeitet, um den Stromkreis durch die Primärwicklung 15 zu öffnen und zu schließen. Die positiven Ausgangssignale des gesteuerten, freilaufenden Multivibrators 40 werden an die Basis 21 und den Emitter 23 des HPN-SchäLttransistors 20 in der geeigneten Polarität angelegt, um einen Basis-Emitter-Treiberstrom und folglich eine Kollektor-Emitter-Leitung durch den NPN-Transistor 20 zu erzeugen.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben. Beim Auftreten des anfänglichen positiven Ausgangssignals der Reihe von elektrischen AusgangsSignalen, welche durch den gesteuerten, freilaufenden Multivibrator 40 erzeugt werden, wird somit der Schalttransistor 20 in den leitenden Zustand versetzt, und zwar über die Kollektor-Emitter-Elektroden. Während der Zeitperiode T1 der Kurve B gemäß Fig. 3 cLes anfänglichen positiven Ausgangssignals des Multivirators 40 ist der Schalttransistor 20 im leitenden Zustand, wodurch ein Kreis für den Zündspulen-Primärwicklungserregerstrom geschlossen wird. Der Stromkreis kann von der positiven Klemme der Batterie 3 über den Schalter 13» die Leitung 14, die Primärwicklung 15 und die Kollektor-Emitter-Elektroden des Schalttransistors 20 und den Bezugspunkt oder Erdpotentialpunkt 5 zu der negativen Klemme der Batterie 3 geführt werden. Der Primarwicklungs-Erregerstrom steigt während der Zeitperiode T1 gemäß Fig.30 etwa linear an und erzeugt einen fortschreitend zunehmenden magnetischen Fluß. Dadurch wird die Sekundärwicklung 16 verkettet, und es wird darin durch Transformatorwirkung ein den Zündfunken unterhaltendes Potential von etwa 2400 Volt erzeugt. Am Ende der

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Einschaltperiode sind etwa 90 Millijoule an Energie in dem Transformator gespeichert. Das den Zündfunken unterhaltende Potential, welches in der Sekundärwicklung 16 induziert wird, hat während der Zeitperiode T1 keine wesentliche Auswirkung, da es typischerweise 9kV bis 18 kV erfordert, um einen Zündfunken über den Spalt zwischen den Elektroden der Maschinenzündkerze zu erzeugen. Am Ende des anfänglichen positiven Signals von dem gesteuerten freilaufenden Multivibrator 40, d.h. am Ende der Zeitperiode T1 und am Anfang der Zeitperiode T2 unterbricht der Transistor 20 plötzlich den Zündspulen-Primärwicklungs-Erregerkreis. Das demgemäß rasch zusammenbrechende Magnetfeld induziert durch Induktionsspulenwirkung ein den Zündfunken auslösendes Potential in der Sekundärwicklung 16 der Zündspule. Da die Sekundärwicklung 16 zu der Zeit der Unterbrechung des Primärwicklungs-Erregerlasises geöffnet ist, nimmt das den Zündfunken auslösende Potential, welches in der Sekundärwicklung 16 induziert wird, gemäß Kurve D der Fig. 3 rasch zu, so daß gemäß der Darstellung eine Spannungsspitze erzeugt wird. Diese Spannung steigt rasch auf 14 kV oder mehr an, was als Beispiel genannt wird, wobei diese Spannung ausreicht, um Gas innerhalb des Spaltes zwischen den Elektroden der Maschinenzündkerze zu ionisieren, so daß ein Zündfunken bzw. ein Lichtbogen über den Spalt der Zündkerze ausgelöst wird. Nach der Zündung des Lichtbogens bzw. des Funkens fällt die Spannung an der Sekundärwicklung in induktiver Dekrementwirkung ab, d.h., mit.der Änderungsrate des fortschreitend abnehmenden Flußes. Wie/der Kurve 3D dargestellt ist, nimmt das Potential während des Ausgleichs der Zeitperiode T2 fortschreitend auf beispielsweise 2 kV ab. Dieser Wert ist ausreichend, um gemäß, der Kurve E der Fig. 3 den Zündfunkenstrom aufrechtzuerhalten.

Beim Auftreten des nächsten positiven Ausgangssignals in der Reihe von Ausgangesignalen des gesteuerten, freilaufenden Multivibrators 40, d.h. in der Zeitperiode T3, wird der Transistor

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wieder über die Kollektor-Emitter-Elektroden in den leitenden Zustand versetzt, um den Zündspulen-Primärwicklungs-Erregerkreis wieder zu schließen, so daß wieder Strom an die Zündspulen-Primärwicklung 15 geführt werden kann, wie es in der Kurve 0 der Fig. 3 dargestellt ist. Der Fluß des Erregerstroms durch die Zündspulen-Primärwicklung 15 weist anfangs eine Stärke auf, welche durch den Energiepegel festgelegt ist, der in der Spule am Ende der Periode der induktiven Dekrementwirkung verbleibt, und durch den Sekundärlaststrom, welcher zu Beginn der Transformatorwirkungsperiode T3 von der Primärwicklung aufgenommen wird und während der Zeitperiode T3 ansteigt. Das folglich ansteigende Magnetfeld induziert durch Transformatorwirkung ein den Zündfunken unterhaltendes Potential in der Sekundärwicklung 16 mit einer ausreichenden Größe von beispielsweise 2400 Volt, um den Zündfunken bzw. den Lichtbogen über die Zündkerze aufrechtzuerhalten, wie es aus der Kurve D in der Fig. 3 hervorgeht, und dabei wird wiederum Energie in der Primärwicklung 15 gespeichert. Am Ende dieses positiven Ausgangssignals von dem gesteuerten, freilaufenden Multivibrator 40, d.h. am Ende der Zeitperiode T3, schaltet der Transistor 20 ab, um den Zündspulen-Primärwicklungs-Erregerstrom plötzlich zu unterbrechen. Dies führt dazu, daß das Magnetfeld rasch zusammenbricht, wodurch durch Induktionsspulenwirkung das den Zündfunken bzw. den Lichtbogen auslösende Potential mit einer negativen Polarität in der Sekundärwicklung 16 induziert wird, welches dann, wenn der zuvor gezündete Lichtbogen weiterbesteht, auf etwa 2 kV begrenzt ist, welches der Größe entspricht, die erforderlich ist, um gemäß der Kurve D der Fig. 3 den Zündfunken bzw. den Lichtbogen der gezündeten Kerze aufrechtzuerhalten. Diese Folge wird solange weitergeführt, wie der Multivibrator 40 aufeinanderfolgende positive Ausgangssignale erzeugt, d.h. bis zum Ende des Zeitsteuersignals .

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Es ist ersichtlich, daß die Zeitperiode T1 des anfänglichen AusgangsSignalimpulses des freilaufenden Multivibrators40 langer dauert als die nachfolgenden Ausgangssignalimpulse. Diese größere Dauer des Anfangsimpulses liefert eine längere Zeitperiode für den Fluß des Zündspulen-Primärwicklungs-Erregerstromes. Vorzugsweise nimmt der Primärwicklungs-Erregerstrom in seiner Stärke von Null auf etwa denselben Maximalwert während der Anfangsperiode T1 zu, den er am Ende des jeweils nachfolgenden Impulses vom freilaufenden Multivibrator erreicht, beispielsweise bei T3· Dies gewährleistet, daß in der Primärwicklung während des anfänglichen Ausganges ignaümpuls es des freilaufenden Multivibrators, während der Zeitperiode T1 also, eine ausreichende Energie gespeichert wird, um einen Zündfunken bzw. einen Lichtbogen zu erzeugen, wenn der Primärwicklungs -Erregerkreis zu Beginn der Zeitperiode T2 plötzlich unterbrochen wird, und zuipselben Zeit wird ein unnötig hoher Strom nicht erzeugt und erforderlich, um die nachfolgenden Perioden wie bei T3 zu unterbrechen. Dem freilaufenden Multivibrator ist die Tendenz eigen, den längeren Anfangsausgangsimpuls zu liefern. In der alternativen Ausführungsform können die Einschaltperioden T1, TJ, usw. in Reaktion auf den vorgegebenen Augenblickswert des Stromes derart beendet werden, daß immer derselbe Strom am Ende jeder Einschaltperiode unterbrochen wird.

Sollte der Zündfunken bzw. der Lichtbogen zu einer beliebigen Zeit während der Periode eines beliebigen Zeitsteuersignals ausgelöscht werden, so erzeugt die nächste Unterbrechung des Flusses des Erregerstroms durch die Zündspulen-Primärwicklung 15 ein einen Funken auslösendes Potential in der Sekundärwicklung 16 durch Induktionsspulenwirkung in derselben Weise, wie es oben unter Bezugnahme auf eine erste solche Unterbrechung beschrieben wurde (Ende der Periode T1). Auf diese Weise liefert die Erfindung die Möglichkeit, am Ende jeder Zeitperiode einen Zündfunken erneut zu zünden, während welcher der Schalttransistor in den eingeschalteten Zustand gebracht wird.

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Wie aus der Kurve D in der Fig. 3 hervorgeht, wird die Polarität der Zündspulen-Sekundärspannung am Ende der entsprechenden Primärstrom-Einschaltperioden und der entsprechenden Primärstrom-Aus-' schaltperioden jeweils umgekehrt. Wenn die Stromwelle somit durch Null geht, ist der Momentanstrom im Funken bzw. Lichtbogen gleich Null. Jedoch ist die Zeitrate der Spannungsveränderung über den Funken bzw. Bogen bei jeder solchen Gelegenheit so rasch, daß der Funkenraum bzw. Lichtbogenraum ionisiert bleibt, und der Funken bzw. Lichtbogen wird rasch erneut mit einer verhältnismäßig niedrigen Spannung aufgebaut, ohne daß es erforderlich wäre, die hohe Spannung zu erzeugen, welche notwendig ist, um den Funken bzw. Lichtbogen zu zünden, nachdem er während einer nennenswerten Zeit abgeschaltet war. In der obigen Beschreibung ist davon ausgegangen worden, daß der Funken bzw. Lichtbogen normalerweise während der Dauer der Zündperiode kontinuierlich vorhanden ist, es ist jedoch ersichtlich, daß dies nur in dem praktischen Sinne der Fall ist, daß' eine fortgesetzte Ionisierung vorhanden ist, zumal die Spannung an dem Lichtbogen momentan durch Null hindurchgeht.

Für den Fall, daß aus irgendeinem Grund der Funken nicht bei der anfänglichen Spannungsspitze zu Beginn der Zeitperiode 12 gemäß Fig. 3 gezündet wird (oder zu der entsprechenden Zeit zu Beginn einer späteren Ausschaltperiode, wenn der Funken aus ist) oder vor diesem Zeitpunkt ausgelöscht wurde, so geht die Spannung an der Zündspulen-Sekundärwicklung 16 auf einen sehr hohen Wert von beispielsweise 4-0 kV. Dieser hohe Spannungswert, gekoppelt mit der raschen Rate der Spannungszunähme, wie es nachfolgend beschrieben wird, unterstützt den Aufbau oder den erneuten Aufbau des Funkens unter ungünstigen Bedingungen.

Während der Transformatorwirkungsperiode (d.h. Stromfluß in der Primärwicklung 15) kann das in der Sekundärwicklung 16 induzierte Potential einen stärkeren Stromfluß erzeugen als es erwünscht ist. Ein solcher Stromfluß, der auch in der Primärwicklung auf-

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tritt, erhöht die Stromerfordernisse des Transistors 20 in unnötiger Weise. Um den Strom zu vermindern, sind die Widerstände 1E, 2R, 3R und 4-R jeweils in Reihe mit jeder der Zündkerzen geschaltet und haben einen ohmschen Wert, welcher den Zündfunkenstrom auf einen gewünschten Wert begrenzt, beispielsweise auf 50 Milliampere, so daß dadurch ein unnötiger Primärwicklungsstrom vermieden wird.

Aus den Kurven der Fig. 3 ist ersichtlich, daß vom Beginn des Zeitsteuersignals gemäß Kurve A an bis zum Auslösen des Zündfunkens, der zu Beginn des Zündfunkenstroms gemäß Kurve E auftritt, eine feste Zeitverzögerung vorhanden ist, welche gleich der Zeitperiode ist, die benötigt wird, damit der Zündspulen-Primärwicklungs-Erregers trom eine vorgegebene Amplitude erreichen kann. Die feste Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des Zeitsteuersignals und dem Auslösen des Funkens führt zu einer Verzögerung des Funkens, wie es in der Automobiltechnik bekannt ist. Diese Funkenverzögerung wird durch die anfängliche Verteilerzeitsteuerung und die Verwendung der geeigneten Funkenvorrückkurve kompensiert. Beispielsweise erfordert eine Funkenverzögerung von etwa 0,5 Millisekunden zwischen dem Beginn des Zeitsteuersignals und dem Auslösen des Zündfunkens eine Verteilerfunken-Vorrückkompensation von etwa 3 Grad pro 1000 Umdrehunder Maschine pro Minute.

Die Dauer der Gesamtlichtbogenperiode, d.h. die Periode von 7>5 Millisekunden, die in der Fig. 3A dargestellt ist, läßt sich auf verschiedene Arten bestimmen. Eine dieser Arten, welche in der Fig.1 dargestellt und oben beschrieben ist, erfolgt mittels des Kurbelwellenwinkels. Gemäß Fig. 1 dreht sich der Nocken 8 mit der halben Kurbelwellengeschwindigkeit (bei einer Viertaktmaschine) und hat vier flache Bereiche, wie es in der Zeichnung dargestellt ist (für eine Vierzylindermaschine). Die Nockenfolgeeinrichtung, die bei 9 dargestellt ist, liegt auf dem Nocken auf und trägt den bewegbaren Kontaktarm gemäß der Darstellung in herkömmlicher Weise derart, daß die Kontakte 4- viermal für jede volle

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Umdrehung des Nockens 8 einen Kontakt herstellen. Die Konfiguration des Nockens zusammen mit der Folgeeinrichtung 9 und einer entsprechenden Einstellung der Kontakte 4- bewirken insgesamt, daß die Kontakte 4- für einen vorgegebenen Teil der Zeit geöffnet sind, während der Nocken rotiert, beispielsweise für 45 Kurbelwellengrad, wie es oben diskutiert wurde. Wenn diese Art der Steuerung verwendet wird, nimmt die Dauer des Lichtbogens zu, wenn die Geschwindigkeit abnimmt, wobei dies ein Merkmal ist, welches eine im allgemeinen erwünschte vergrößerte Lichtbogendauer beim Anlassen und bei geringer Maschinengeschwindigkeit verursacht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß im Unterschied zu herkömmlichen Zündsystemen diese vergrößerte Lichtbogendauer nicht zu erhöhten Stromunterbrechungsanforderungen führt, sondern daß nur eine erhöhte Anzahl von Einschalt- und Ausschaltperioden hervorgerufen werden, die während der Lichtbogenperiode auftreten. Falls es erwünscht ist, kann anstelle der in der Fig.1 dargestellten Nockeneinrichtung eine magnetische Aufnahmeanordnung verwendet werden, wobei dann die Dauer der Lichtbogenzeit in ähnlicher Weise einstellbar ist« In einer weiteren Ausführungsform, die erfolgreich eingesetzt wurde, kann die Lichtbogenbeendigung durch ein getrenntes Abschaltsignal hervorgerufen werden, welches in einer speziellen Kurbelwellensteilung abgegeben wird, beispielsweise im oberen Totpunkt des Kolbens. In jedem Falle ist die Dauer der Lichtbogenzeit, welche durch den Kurbelwellenwinkel hervorgerufen wird, nicht in eine Beziehung zu der Periode des Stromaufbaus in der Transformatorwicklung gesetzt und unterscheidet sich in dieser Beziehung von der Verweilperiode, d.h. von der Zone der Nockenbahn, bei welcher keine Änderung der Stößellage erfolgt, in einem herkömmlichen Zündsystem.

In der alternativen Ausfuhrungsform kann die Lichtbogendauer unabhängig von der Kurbelwellenstellung gesteuert werden, beispielsweise durch eine separate Zeitsteuerung. Eine solche Anordnung wird nachfolgend anhand der Fig. 2 beschrieben. In einer Anordnung dieser Art kann die Zeit in Reaktion auf die Maschinengeschwindigkeitsverzögerung oder auf einen anderen Faktor programmiert

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werden, der zu einer verbesserten Arbeitsweise der Maschine beiträgt. Beispielsweise kann die Dauer für das Anlassen der Maschine außerordentlich groß sein, kann während der Verzögerung etwas ausgedehnt sein und kann für den normalen Betrieb verhältnismäßig kurz sein, um eine Anpassung der Maschinencharakteristik zu erreichen.

Wie aus der Fig. 3C hervorgeht, erfolgt kein "Halten" des Stromes, der vor der Unterbrechung in der Primärwicklung 15 fließt, um eine induktive Entladung zu erzeugen. Vielmehr wird der Strom plötzlich unterbrochen, während er noch etwa linear ansteigt. In dieser Hinsicht unterscheidet sich das erfindungsgemäße System von herkömmlichen Zündsystemen. Es gibt zwei grundsätzliche Wege, die Zeit zu steuern, wenn der Strom bei dem erfindungsgemäßen System unterbrochen wird, und zwar eine Zeitsteuerung und eine Stromrückfuhrsteuerung. Die Zeitsteuerung ist oben anhand der Jig. 1 und 3 beschrieben. Durch diese Technik wird die Länge der Einschaltzeit des Transistors 20 gesteuert, beispielsweise durch die Periode des freilaufenden Multivibrators 40. In dieser Anordnung kann der Multivibrator derart eingestellt werden, daß die Einschaltzeit in Abhängigkeit von Veränderungen in der Versorgungsspannung oder von anderen Variablen den Erfordernissen entsprechend programmiert ist.

Die Stromrückführungssteuerung der Einschaltzeit der Primärwicklung 15 verursacht eine plötzliche Unterbrechung des Stromflusses, wenn ein vorgegebener Momentanwert des Stromes erreicht wird. Bei einem freilaufenden Multivibrator, wie er bei 40 in der Pig. 1 dargestellt ist, kann eine Spannung, welche auf den in der Wicklung 15 fließenden Strom anspricht, zu der Klemme D zurückgeführt werden, so daß der Multivibrator etwas vor dem Zeitpunkt ausgelöst wird, zu dem er sich selbst auslösen würde. Für diesen Zweck ist als Beispiel eine Schaltung in der Fig.iA dargestellt. In dieser Schaltung ist ein Widerstand 100 in dem

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Pfad des Stromflusses durch die Wicklung 15 und den Transistor 20 angeordnet, so daß eine positiv verlaufende Spannung proportional zu einem solchen Stromfluß entwickelt wird, wodurch eine Wellenform ähnlich wie in der Fig. 30 erzeugt wird. Diese Spannung wird der Basis des Transistors 102 zugeführt, um darin entsprechende Stromträger proportional zu der Spannung zu erzeugen. Der Multivibrator ist derart ausgebildet, daß er frei läuft, so daß jede Einschaltperiode zu einer etwas späteren Zeit beendet wird, als es erforderlich ist, um den gewünschten Unterbrechungsstrom in der Wicklung 15 zu erzeugen. Die Rückführschaltung der Fig. 1A beschleunigt die freilaufende Wirkung derart, daß der Multivibrator zu der exakten vorgerückten Zeit ausgelöst wird, und zwar beim Abschalten, wobei der vorgegebene Stromwert, welcher erwünscht ist, zu dem Zeitpunkt unterbrochen wird, zu welchem ein solcher Strom in der Primärwicklung auftritt. Vorzugsweise weist die Rückführschaltung nicht lineare (nicht dargestellte) Elemente auf, welche die Spannung scharf anheben, welche den Basiselektroden des Transistors 102 zugeführt wird, wenn der Strom in der Wicklung 15 sich dem gewünschten Abschaltwert nähert, so daß der Multivibrator zuverlässig und genau abgeschaltet wird, wenn der gewünschte Strom erreicht ist. Der Kondensator 44 sollte derart dimensioniert sein, daß die Auswirkung dieses Rückführungsvorganges auf die Ausschaltzeit auf ein Minimum gebracht ist.

Die Stromrückführungssteuerung ist in der Weise vorteilhaft, daß der Wert des Stromes bei der Unterbrechung und somit die induktive Entladungs-Bogenerzeugungsspannung, welche an die Zündkerzen angelegt wird, auf einem gleichförmigen hohen Wert liegt, und zugleich ist es nicht erforderlich, daß von dem System eine größere Unterbrechungslast verarbeitet wird, noch besteht eine Notwendigkeit, daß das System derart ausgelegt sein müßte, daß die erforderliche Transformatorwirkung bei einem höheren Strom erreicht wird. Aus der Fig. 30 ist er-

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sichtlich, daß nach der ersten Einechaltzeit jeder Primärwicklungsstrom mit im wesentlichen einem Anfangsstrom beginnt. Die Anfangsstärke bzw. -amplitude dieses Stromes wird durch die Energie bestimmt, welche am Ende der induktiven Dekrement-Entladungsperiode in der Spule verbleibt, und durch den Sekundärstrom, welcher durch die Primärwicklung zu Beginn der Transformatorwirkungsperiode aufgenommen wird. Bei der Stromrückführungssteuerung der Dauer der nachfolgenden Einschaltzeit ist die Dauer solcher nachfolgender Einschaltzeiten bedeutend kürzer als die erste Einschaltzeit, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Die Stromrückführungssteuerung kompensiert dadrch den Anfangsstrom und hält vorteilhafterweise den Strom, der bei einem gleichförmigen Wert unterbrochen wird.

Die Dauer jeder Stromabschaltzeit wird vorzugsweise im wesentlichen konstant gehalten. Bei der oben anhand der Fig. 1 beschriebenen Schaltung und mit den in der Fig. 3 dargestellten Betriebseigenschaften ist diese Abschaltzeit die Wiederherstellungsperiode des freilaufenden Multivibrators. Es hat sich gezeigt, daß die Abschaltperiode vorteilhafterweise im wesentlichen gleich der Einschaltperiode gestaltet werden kann. In allen Anordnungen wird die Dauer der Abschaltperiode nicht größer als die Zeitperiode, über welche der Bogen durch die induktive Entladungswirkung aufrechterhalten werden kann, so daß dann, wenn die nächste Einsehaltζext beginnt, ein Bogen vorhanden ist und die Transformatorwirkung allein ausreichend ist, um gemäß der obigen Beschreibung den Bogen danach aufrechtzuerhalten. Es ist wünschenswert, jede Abschaltperiode dann zu beenden, wenn die Sekundärspannung auf den geringsten Wert abgefallen ist, der in zuverlässiger Weise den Bogen noch aufrechterhält ·

Die gültigen Spezifikationen von jedem von drei zur Veranschaulichung verwendeten Zündtransformatoren, die in praktischen Anwendungen des erfindungsgemäßen Zündsystems einer Innenverbrennungsmaschine eingesetzt wurden, sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben: B098U/0799

Primärwindungen S ekundärwindung en

Primärinduktivität (Mikrohenry)

S ekundärinduk t ivit ät (Henry)

Primärstrom zur Zeit der Unterbrechung (Ampere)

Gespeicherte Energie (Millijoule)

Magnetkernbereich (cm)

LUFTSPALT
(mm)

— C^r	2	Spule	2	2444242
Spule 1		17		Spule 3
11		3000		11
2200	587	350		3000
200	203	14,	4	150
8,		15		14,4
30	57		30
90	1,	587	90
1,	o,	203	1,587
o,		0,203

Mit jedem der obengenannten Transformatoren und einer 12-VoIt-Batterie können Lichtbogendauerzeiten in der Größenordnung von 7,5 Millisekunden, Spitzenbogenströme in der Größenordnung von 85 Milliampere und Gesamtbogenenergien in der Größenordnung von 400 Millijoule erreicht werden.

Die obengenannten Transformatorausbildungen unterscheiden sich wesentlich von herkömmlichen Transformatortypen, die eine einzige Primärstromunterbrechung für jede Zündperiode hatten. Den Lichtbogen durch induktive Dekrementwirkung über eine nennenswerte Periode aufrechtzuerhalten, beispielsweise über 1,8 Millisekunden bei einem Hochenergiesystem· In einem gemäß der Erfindung ausgebildeten System braucht der Lichtbogen durch eine solche Wirkung nur über eine kürzere Periode aufrechterhalten zu werden, beispielsweise über 500 MikrοSekunden. Die Erfindung ermöglicht es somit, den Transformator mit einer verhältnismäßig geringeren Anzahl von Sekundärwindungen auszustatten (und mit einer entsprechenden Anzahl von Primärwindungen). Weiterhin kann dadurch, daß die Sekundärwicklung in mehreren .

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Schichten

/gewickelt wird, die durch Papier oder eine andere Isolation voneinander getrennt sind und wobei ein Abstand zwischen jeder Windung vorgesehen ist, die Sekundärwicklungskapazität wirksam vermindert werden. Es wurden Transformatoren hergestellt, die eine Sekundärwicklungskapazität von etwa einem Fünftel derjenigen Kapazität aufwiesen, die für ein herkömmliches äquivalentes Hochenergiesystem erforderlich war. Diese sehr niedrige Ausgangskapazität liefert einen rascheren Spannungsanstieg und eine höhere maximale Spitzen-Lichtbogenzündspannung als andernfalls, wobei diese beiden Eigenschaften zum Aufbau des Lichtbogens unter ungünstigen Bedingungen beitragen.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 werden die Zeitsteuersignale, die Kurve A der Fig. 3, durch einen potential-gesteuerten monostabilen Multivibrator 70 erzeugt, und die Reihe der logischen Ausgangssignale 1, Kurve B der Fig. 3» welche den Zündspulen-Primärwicklungs-Schalttransistor 20 betätigen, so daß er in den leitenden Zustand gelangt, und zwar über die Kollektor-Emitter-Elektroden, werden durch einen potentialgesteuerten, freilaufenden Multivibrator 75 erzeugt. Der monostabile Multivibrator arbeitet normalerweise in einem stabilen Betriebszustand und kann durch ein elektrisches Signal in einen alternierenden Zustand umgeschaltet werden, in welchem sie für eine Zeitperiode bleibt, die durch ein internes RO-Zeitsteuernetzwerk festgelegt ist. Nach dem entsprechenden Zeitablauf kehrt die Einrichtung spontan in den stabilen Zustand zurück. Diejenige Zeit, über

welche ein potentialgesteuerter monosbabiler Multivibrator in dem alternierenden Zustand bleibt, kann selektiv in Reaktion auf ein Steuerpotentialsignal veränderbarer Amplitude und Frequenz verändert werden, und die Einschaltzeit der Ausgangssignale eines potentialgesteuerten, freilaufenden Multivibrators kann selektiv in Reaktion auf ein Steuerpotentialsignal veränderbarer Amplitude verändert werden.

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Während die Maschine 10 läuft, werden die Zündverteiler-Unterbrecherkontakte 4 in der Weise betätigt, daß der elektrische Stromkreis jedesmal dann unterbrochen wird, wenn eine der Erhöhungen des Zündverteilernockens 8 an dem Nockenfolge- oder Reibblock 9 vorbeigeht. Jedesmal dann, wenn die Unterbrecherkontakte 4- derart betätigt sind, daß der elektrische Stromkreis geöffnet ist, erscheint ein elektrisches Signal mit positiver Polarität an der Verbindung 25 in bezug auf den 'Bezugspunkt oder das Erdpotential 5· Dieses elektrische Signal wird durch die aus dem Widerstand 26 und dem Kondensator 27 gebildete Filterschaltung gefiltert und in ein im wesentlichen rechteckiörmiges elektrisches Signal durch eine Impulsformerschaltung 30 umgeformt. Jedes der gefilterten und entsprechend geformten elektrischen Signale wird der Eingangsschaltung eines potentialgesteuerten monostabilen Multivibrators 70 zugeführt, um die Einrichtung in ihren alternierenden Zustand zu schalten. Der potentialgesteuerte monostabile Multivibrator 70 bleibt in dem alternierenden Zustand, in welchem ein logisches Signal 1 an seiner Ausgangsklemme ansteht, und zwar für eine Zeitdauer, die durch ein internes Rö-Zeitsteuernetzwerk festgelegt ist. Nachdem eine entsprechen.de Zeit bei dies erEinrichtung abgelaufen ist, kehrt er spontan /den stabilen Betriebszustand zurück, in welchem ein logisches Signal Null an der Ausgangsklemme zur Verfügung steht. Polglich erzeugt der spannungsgesteuerte monostabile Multivibrator 70 Zündsignale gemäß der Kurve A der Fig. 3* und zwar bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündsystems für eine Innenverbrennungsmaschine« Jedes der Zeitsteuersignale, welche durch den potentialgesteuerten monostabilen Multivibrator 70 erzeugt werden, wird der Eingangsklemme eines potentialgesteuerten freilaufenden Multivibrators 75 zugeführt, welcher eine Reihe von AusgangsSignalen derselben Polarität erzeugt, und zwar mit einer Wiederholrate bzw. Impulsfolgefrequenz, wie

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sie durch die Größe bzw. durch die Amplitude des Steuerpotentialsignals festgelegt ist, welches für die Dauer von jedem der Zeitsteuersignale angelegt ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 kann der potentialgesteuerte freilaufende Multivibrator 75 eine Grundausgangsfrequenz von 1 kHz aufweisen. Die Ausgangssignale des '. potentialgesteuerten freilaufenden Multivibrators 75 werden über die Basis-Emitter-Elektroden eines NPN-Schalttransistors 20 in der geeigneten PolaritätsbeZiehung angelegt, um einen Basis-Emitter-Treiberstrom zu erzeugen und folglich eine Kollektor-Emitter-Leitung über einen NPN-Transistor. Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ein PNP-Transistor als elektrisches Schaltelement gewählt wird, muß die Reihe der Ausgangssignale, welche durch den potentialgesteuerten freilaufenden bzw. freischwingenden Multivibrator 75 erzeugt wird, negatives oder Erdpotential aufweisen.

Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß sich die Ausführungsform gemäß Fig. 2 von der Ausführnngsform gemäß Fig. 1 in dem Ausmaß unterscheidet, daß die Zeitsteuersignale durch einen potentialgesteuerten monostabilen Multivibrator erzeugt werden, wodurch deren Dauer einstellbar ist, und zwar je nach den Erfordernissen, indem die Stärke des Steuerpotentialsignals verändert wird, auf welches die Einrichtung anspricht, und die Reihe der elektrischen Signale, welche während jedes Zeitäjeuersignals zum Betätigen des Schalttransistors 20 erzeugt werden, der über die Kollektor-Emitter-Elektroden leitet, werden durch einen potentialgesteuerten, freilaufenden bzw. freischwingenden Multivibrator bzw. Univibrator erzeugt, so daß somit die Frequenz und die Einschaltzeit dieser Signale.verändert werden kann, um den Lichtbogenstrom und das Potential den Erfordernissen entsprechend zu steuern, indem die„Stärke bzw. die Amplitude des Steuerpotentialsignals verändert wird, auf welches die Einrichtung anspricht. Dies bedeutet, die Lichtbogendauer

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kann so gewählt werden, wie es den Erfordernissen der Maschine entspricht, indem die Zeitdauer festgelegt wird, über welche sich der potentialgesteuerte monostabile Multivibrator 70 im alternierenden Zustand befindet, und der Lichtbogenstrom sowie das maximale Potential können so verändert werden, wie es durch die Maschinenerfordernisse festgelegt ist, indem die Einschaltzeit von jedem aus der Reihe der Ausgangssignale entsprechend gewählt wird, die durch den spannungsgesteuerten freilaufenden oder freischwingenden Multivibrator bzw. Univibrator 75 erzeugt werden. Je langer die Einschaltzeit von jedem dieser Ausgangssignale ist, umso größer ist die Stärke bzw. Amplitude des Zündspulen-Primärwicklungs-ErregerStroms, was dazu führt, daß ein höherer Lichtbogenstrom und ein maximales Potential erreicht werden, und zwar wegen der zusätzlich darin mit der ansteigenden Stärke bzw. Amplitude des Erregerstroms gespeicherten Energie. Das Steuerpotentialsignal, welches an den potentialgesteuerten monostabilen Multivibrator 70 angelegt wird, und das andere Steuerpotentialsignal, welches an den potentialgesteuerten freilaufenden bzw. freischwingenden Multivibrator bzw. Univibrator 75 angelegt wird, können proportional zu den gewählten externen Bedingungen eingestellt werden, d.h., beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, vom Umgebungsdruck, von der Maschinentemperatur, vom Maschinenvakuum, von der Maschinengeschwindigkeit, von der atmosphärischen Feuchtigkeit, usw.

Indem gemäß der Erfindung nacheinander eine Transformatorwirkung, eine Induktionsentladungswirkung und eine induktive Dekrementwirkung während aufeinanderfolgender kurzer Vorgänge des Einschaltens und des Ausschaltens des Primärstroms erreicht werden, lassen sich somit gemäß der Erfindung folgende Vorteile erreichen:

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2U4242

1) die effektive Dauer des Zündfunkens tew. des Lichtbogens kann für eine verhältnismäßig lange Zeitperiode vorgewählt werden.

2) Ein ausreichender Zündfunken-bzw. Lichtbogenstrom, um den Zündfunken bzw. Lichtbogen aufrechtzuerhalten, wird über die gesamte Zündfunken-bzw. Lichtbogendauer geliefert, was zu einer hohen Zündfunkenenergie bzw. Lichtbogenenergie führt.

3) Da die Zündspulen-Primärwicklungs-Erregerschaltungs-Schalteinrichtung abwechselnd mit einer hohen Frequenz in den eingeschalteten und in den ausgeschalteten Zustand gebracht wird, typischerweise mit einer Frequenz von 1 kHz, vermeidet das erfindungsgemäße Zündsystem lange Verweilperioden, bevor jeweils ein Zündfunken bzw. Lichtbogen ausgelöst wird, so

daß dadurch ein höherer Primärspitzenstrom ermöglicht wird, ohne daß die Schalteinrichtung oder der Transformator in gefährlicher Weise überhitzt werden.

4) Da die gespeicherte Energie nur einen Zündbogen zwischen aufeinanderfolgenden Erregungen der Primärwicklung aufrechtzuerhalten braucht, und zwar typischerweise 500 MikroSekunden, werden weniger Primärwicklungswindungen benötigt als in äquivalenten Hochenergiesystemen, und zwar typischerweise 10 oder 11 Primärwicklungswindungen, im Gegensatz zu 100 oder mehr Primärwicklungswindungen bei herkömmlichen Transformatoren.

5) Da weniger Primärwicklungswindungen benötigt werden, werden auch weniger Sekundärwicklungswindungen benötigt, typischerweise werden 3000 Sekundärwicklungswindungen bei dem erfindungsgemäßen Transformator benötigt, im Gegensatz zu 9000 oder mehr Sekundärwicklungswindungen bei einem äquivalenten Hochenergiesystem.

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6) Da weniger Sekundärwindungen erforderlich sind, können die Sekundärwicklungswindungen in Schichten gewickelt werden, die voneinander durch Papier getrennt sind,.und die Windungen jeder Schicht können auf Abstand voneinander angeordnet werden, wobei dies einen Zustand darstellt, der die Sekundärkapazität des Transformators vermindert, typischerweise 20 Picofarad für den Transformator gemäß der Erfindung, im Gegensatz zu 100 Picofarad einer äquivalenten bekannten Hochenergieanordnung gemäß dem Stand der Technik, was zu einer kurzen Anstiegszeit und zu einem höheren maximalen Spitzenpotential führt.

7) Der in der Primärwicklungs-Erregerschaltung verwendete Transistorschalter wird entweder im abgeschalteten oder im gesättigten Zustand betrieben, somit im Zustand geringsten Widerstandes. Dadurch wird die Aufheizung des Transistors auf ein Minimum gebracht, und die Transistorgröße ebenso wie die Wärmeabfuhr werden vermindert.

8) Der Bedarf an elektrischer Energie ist verhältnismäßig gering, weil das System ein/einzigen Transformator verwendet und in einem den Lichtbogen aufrechterhaltenden Modus mit geringem Energiebedarf arbeitet, ausgenommen in den Augenblicken, in welchen eine Wiederzündung erfolgt.

9) Das System läßt sich leicht für verschiedene Typen der Steuerung für die Dauer des Zündfunkens bzw. Lichtbogens verwenden, was auch für den Strom am Ende geder Einschaltzeit gilt und läßt sich anderweitig auf spezielle Erfordernisse der Maschine einstellen und so programmieren, daß Veränderungen bei der Maschine wie eine veränderte Maschinengeschwindigkeit und andere Maschinenbedingungen berücksichtigt werden können.

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24U242

In der obigen Beschreibung ist davon ausgegangen worden, daß der Sekundärstrom, nach der Lichtbogenzündung sich im induktiven Dekrementmodus befindet. Damit ist der fortschreitend abnehmende Stromfluß angesprochen, der sich aufgrund der Sekundärinduktivität aus dem Anfangsstromwert mit einer Zeitkonstante ergibt, welche durch den Lichtbogenwiderstand bestimmt ist. Vor der Lichtbogenzündung tritt an der Sekundärwicklung eine plötzliche Spannungsspitze auf, und zwar aufgrund der Induktionswirkung, zu dieser Zeit fließt jedoch kein' nennenswerter Strom.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Zündsystem für eine Innenverbrennungsmaschine derjenigen Art, welches wenigstens einen Zündungs-Lichtbogenspalt in Verbindung mit einer Verbrennungskammer aufweist, über welchen ein Zündfunken bzw. Lichtbogen durch aufeinanderfolgende Impulse von geringem Spannungsstromfluß durch die Primärwicklung eines Zündtransformators erzeugt wird, der durch eine Schalteinrichtung steuerbar ist, um die Verbrennung in der Brennkammer auszulösen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündtransformator (18) eine Primärwicklung (15) und eine Sekundärwicklung (16) aufweist, deren Windungsverhältnis derart bemessen ist, daß in Verbindung mit der angelegten Spannung eine Sekundärspannung erzeugt wird, welche dazu ausreicht, einen Funken bzw. Lichtbogen über den Spalt aufrechtzuerhalten, wenn derselbe ausgebildet ist, und zwar über eine erste Zeitperiode, während welcher der Primärstrom im wesentlichen linear ansteigt, daß der Transformator (18) weiterhin eine zur Erzeugung eines Zündfunkens bzw. Lichtbogens geeignete Spannung in der Sekundärwicklung hervorruft, und zwar auf die Unterbrechung des Stromes hin, der durch das Ende der Zeitperiode ausgelöst wird, wobei der Zündfunken bzw. Lichtbogen danach in einer induktiven Dekrementwirkung über eine zweite Zeitperiode aufrechterhalten wird, daß weiterhin die elektrische Schalteinrichtung (20) in Reaktion auf die erste bzw. zweite Spannungsbedingung jeweils einschaltbar und ausschaltbar ist, daß weiterhin ein Oszillstor (40) vorgesehen ist, welcher dann, wenn er nicht erregt ist, in der Weise arbeitet, daß der zweite Spannungszustand hergestellt wird, und dann, wenn er erregt ist, unabhängig von dem Betrieb der Maschine (10) von dem ersten Spannungszustand in den zweiten Spannungs zus-tand und umgekehrt in der ersten. Zeitperiode bzw. in der zweiten Zeitperiode übergehen kann,

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wodurch am Ende jeder zweiten Zeitperiode, wenn der Lichtbogen fortbesteht, in der Primärwicklung ein plötzlicher Stromanstieg auftritt, und daß eine Einrichtung (100,102) vorgesehen ist, welche auf den Augenblickswert des Primärstroms anspricht, um den Oszillator zu triggem, um jeweils die erste Zeitperiode zu beenden, wenn der Primärstrom einen vorgegebenen Wert erreicht. . .
2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator derart ausgebildet ist, daß er bei einer geringen Maschinengeschwindigkeit über eine längere Einschaltperiode gespeist ist als bei einer hohen Maschinengeschwindigkeit.
3· Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da3 eine Einrichtung vorgesehen ist, welche auf den Augenblickswert des Stromes anspricht, um den Oszillator derart zu triggern, daß jeweils die erste Zeitperiode beendet wird, wenn der Primärstrom einen vorgegebenen Wert erreicht.
4. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1' bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Zeitperiode in der Größenordnung von 500 Mikrosekunden dauern.

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