DE2444242C3

DE2444242C3 - Zündsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2444242C3
Application number: DE2444242A
Authority: DE
Inventors: Richard Wray Troy Johnston; John George Grosse Pte. Neuman
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1973-09-17
Filing date: 1974-09-16
Publication date: 1978-10-19
Also published as: AU7265474A; DE2444242B2; JPS5058430A; CA1030595A; FR2244082B1; DE2444242A1; US3945362A; FR2244082A1; GB1438448A; IT1019292B

Description

Die Erfindung betrifft ein 7'i"dsystem für Brennkraftmaschinen von der im Oberbegriff des Anspruchs I

angegebenen Art.

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 Verb^rennung zu zünden, er muß weiterhin eine ausreichende Dauer haben, um zu gewährleisten, 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.

um diese Bedingungen zu erfüllen, ist gemäß der AT-PS 2 50 097 ein Zündsystem der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, bei dem während einer Zündimpulsdauer ein mehrfaches Induzieren einer Hochspannung in der Sekundärwicklung des Transformators stattfindet, so daß ein Zündimpuis mit mehreren Funken an einer Zündkerze mindestens eines Zylinders erfolgt. Die Frequenz des erregenden Multivibrators und die Zeildauer des Zündimpulses sind so eingestellt, daß der Zündirrpuls aus mehreren Funken von genügender Energie besteht, die im gegebenen Augenblick an der Zündkerze überspringen. Durch diese Maßnahme soll die Sicherheit der Zündung des Gasgemisches und somit die Wirksamkeit der Zündung erhöht werden.

Diese bekannte Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß die für die Zündung eines Zylinders /ur Verfügung stehende Zeilspanne in zwei einander mehrfach abwechselnde Teilbcrcirhe untergliedert wird, in denen jeweils ein Zündfunke vorhanden b/w. nicht vorhanden ist. Die Gesamt/eil, in der talsächlich ein Zündfunke an der Zündkerze überspringt, ist also erheblich kürzer, als die eigentlich /ur Verfügung stehende Zeitspanne. Das hat /ur Folge, daß entweder dem Gasgemisch im Zylinder eine geringere Zündener gie zugeführt werden kann, als bei einem während der gesamten Zünddauer anliegenden Zündfunken, oder aber daß /ur Erzielung derselben Gesamt/ündiings energie die zeitliche Fncrgiedichle, d. h die Leistung der ein/einen Zündfunken erhöht werden muH. was sieh seinerseits nachteilig auf die Dimensionierung des Zündtransformator* auswirkt.

Auf diesem Stand der Technik aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zündiingssystcm der eingangs beschriebenen An zu schaffen, bei dem die Zündenergie möglichst glcich.mal.iig über den gesamten /ur Verfugung stehenden Zünd/eitraum dem Gasgemisch im Zylinder /ugeführl wi-d und das fur den Fall, daß es während des Zünd/citraiims /11 einem tmgewoll ten, durch Störeinflusse bedingten Loschen des /und funkens kommt, eine sichere Rückzündung gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruches I niedergelegten Merkmale vor.

Diese erfindungsgemäße Maßnahme stellt sicher, daß ein einmal gezündeter Zündfunke während des Ziind-

Seitraums durch die Wirkung des der Primärwicklung der Zündspuele vorgeschalteten Oszillators nicht wieder gelöscht werden kann. Ist nämlich erst einmal durch das am Ende des ersten Multivibratorimpulses rasch zusammenbrechende Magnetfeld und die demgemäß in der Sekundärwicklung des Zündtransformators induzierte Spannungsspitze ein Funken zwischen den Elektroden der Zündkerze übersprungen, so fällt die Spannung an der Sekundärwicklung in induktiver Dekrementwirkung ab, d. h. mit der Änderungsrate des fortschreitend abnehmenden Magnetflusses. Bevor aber die an den Elektroden der Zündkerze anliegende Spannung auf einen Wert absinken kann, der den Zündfunken zum Erlöschen bringen würde, wird bereits der nächste Ausgangsimpuls des Multivibrators an die Primärwicklung des Zündtransformators angelegt, so daß diese wieder von einem sich steigernden Strom durchflossen wird. Die von diesem Primärstrom in der Sekundärwicklung induzierte Spannung reicht jedoch aufgrund der speziellen Wahl des Windungszahlverhältnisses aus, um den immer noch voriiandenen Zündfunken weiterhin aufrechtzuerhalten. Somit 'tomm: bei regulärem Ablauf der Zündfunke erst zum Erlöschen, wenn am Ende der Zünddauer das Oszillatorsignal für längere Zeit von der Primärwicklung des Zündtransfor mators abgeschaltet wird.

Sollte jedoch der Zündfunke aufgrund von Störeinflüssen während der Zündzeitdauer gelöscht werden, so erzeugt die am Ende des nächsten Multivibratorimpulses auftretende Unterbrechung des Erregerstroms in der Zündspulen-Primärwicklung wiederum in der Sekundärwicklung eine Spannungsspitze, die ausreich·, um einen neuen Funken zu zünden. Auf diese Weise wird erreicht, daß einerseits, bei regulärem Ablauf, die Zündenergie über den gesamten interessierenden Zeitraum hinweg dem Gasgemisch zugeführt werden kann, während andererseits bei einer durch Störungen bedingten Löschung des Zündfunkens innerhalb äußerst kurzer Zeit eine Rückzündung sichergestellt ist.

Ein be'onderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß die im Zündtransformator gespeicherte Energie einen Zündfunken nur zwischen aufeinanderfolgenden Erregungen der Primärwicklung aufrechtzuerhalten braucht, d. h. typischerweise nur für 500 μs. Daher werden weit weniger Primärwivklungswindungen (typi--herweise nur ein Zehntel) benötigt, als in äquivalenten Hochenergies>stemen. Die geringere Zahl der Primärwicklungswindungen hat unmittelbar auch eine geringere Zahl von SekundärwicklungswirHungen /ur Folge, wodurch letztere in Schichten gewickelt werden können, die voneinander durch Papier getrennt sind. Hierdurch läßt sich die Sekundärkapazität des Transformators erheblich vermindern, typischerweise auf ein Fünflei der üblichen Werte, was zu einer kurzen Anstiegszeil und zu einem höheren maximalen .Spitzenpotential führt.

Weitere vorleilhafte Ausgestallungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung besehrieben; in dieser zeigt

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

Fig. IA einen Teil eines Schaltschemas einer veranschaulichten Slromrückführanordnung zur Steuerung der Einschakzeit der Transformatorprimärwicklung,

F i g. 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 F i g. 1

^ri und 2 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

ίο den Zeichnungen jeweils bei 5 dargestellt.

Das erfindungsgemäße Zündsystem für eine Brennkraftmaschine wird nachfolgend kurz anhand der F i g. 1 und 2 beschrieben. Ein Transistor 20 arbeitet gemäß Fig. 1 und 2 als elektrische Schalteinrichtung im

π 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 . .imärwicklungs-Erregerschaltung wird jedesmal im eingeschalteten Zustand betrieben, wenn ein Zündfunken ausgelöst werden soll und unabhängig von der Arbeitsweise der

2^r> Maschine im ausgeschalteten Zustand, wenn eine vorgesehene Zeit für den eingeschalteten Zustand abgelaufen ist. Danach wird der Transistor abwechselnd während einer vorgegebenen Zeitperiode in den eingeschalteten und in den ausgeschalteten Zustand

in gebracht, während welcher Zündfunkenenergie der Zündkerze über die Elektroden zugeführt werden soll, von denen ein Zündfunken ausgelöst wird. |edesmal dann, wenn der Schalttransistor 20 in den eingeschalteten Zustand gebracht wird, um die Zündspulen-Primär-

r> wicklungs-Erregerschaltung aufzubauen, erzeugt der zunehmende Fluß des Primärwicklungs-Erregersiroms 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 ge-

•4) bracht wird, um plötzlich den Primarwkklungs· Erregerkreis zu unterbrechen, führt die plötzliche Unterbrechung des Primärwicklungs-Erregerstromes(wenn kein Funken bzw. Lichtbogen vorhanden ist) zu einem rasch zusammenbrechenden Magnetfeld, welches durch In

w duktionsspulenwirkung in der Sekundärwicklung ein Zündfunken-Auslcsepotential erzeugt, welches eine ausreichende Stärke bzw. Amplitude aufweist, um zwischen den Elektroden der Zündkerze der Maschine einen Zündfunken bzw. Lichtbogen auszulösen. Die

>^r> Zündspulen-Primärwicklung 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 hallen, bis der

bo 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 werden soll, und es weist weiterhin die Fähigkeit auf, den Zündfunken jedesmal dann erneut auszulösen, wenn der Schalltransistor in den ausgeschalteten Zustand

gebrach! 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-Volt-System im der Größenordnung von I : 200 liegt, so daß der in der Primärwicklung ansteigende Erregerstrom, und zwar während sich der Schaltlransistor 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 "rcß Sei", UiTi ZEi °e>vähr!cis'.Cⁿ. dnß rle>r 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 Errcgcrstroin 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 wird, 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 Zustandist.

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind jeweils Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zündsystems für eine Brennkraftmaschine schematisch in einer Kombination mit einer Gleichstromquelle dargestellldie eine herkömmliche Speicherbatterie 3 sein kann, und es ist weiterhin ein Zündverteiler 6 mit einem beweglichen elektrischen Kontakt 7 vorhanden, der in zeitlicher Beziehung mit einer zugehörigen Maschine in Drehung versetzt wird, über weichen 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, bei welcher beide hier beschriebenen speziellen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zündsystems verwendet werden können, ist bei 10 schematisch dargestellt und weist gemäß der Darstellung vier Zündkerzen IS. 2S₁ 3S und 4S auf. die jeweils einen Funkenspalt aufweisen, der mit der Brennkammerdes zugehörigen Zylinders in Verbindung steht wie es an sich bekannt ist. Es ist jedoch insbesondere darauf hinzuweisen, daß beide Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zündsysterns verwendbar sind, die mehr oder weniger Zylinder aufweisen können, und daß die Erfindung auch in Verbindung mit Drehkolbenmaschinen anwendbar ist.

Vorzugsweise ist in dem Zündverteiler 6 ein Paar von Zündverteiler-Unterbrecherkontakten 4 angeordnet, weiche 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 Unterbrechefkontakten 4 geschaltet ist.

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 Efdpötenlialpunkt 5 vo-handen ist. Der bewegliche Kontakt 11 und der stationäre Kontakt 12 des elektrischen

in Schalters 13 können ein Paar von Ruhekontakten sein, die als normalerweise geöffnete Zündkoniakte in einem herkömmlichen Zündsyslems 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 Fluß erzeugt, welcher dem Strom etwa proportional ist. Dieser Fluß verkettet die Sekundärwicklung 16, welche mit dem beweglichen elektrischen Kontakt 7 des Zündverteilers 6 verbunden ist. Ein Funken- bzw. Bogcn-Auslösepotential ausreichender Stärke, um einen Zündfunken bzw. einen Lichtbogen über den Funkenspalt der Zündkerzen 15. 25. 35 or'ir 4S auszulösen, weiche 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 Primärwickliings-Windungsverhältnis des Transformators und der Primärerregerstrom 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 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 ein Luftspalt aufweisen kann, der in der Größenordnung von etwa 038 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 Zündspuele 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 Ampere bei 12 Primärwicklungsvolt vorhanden, und die Induktivität der Primärwicklung betrug 200 Mikrohenry. Die gespeicherte Primärwickiungsenergie (WJ in Joule ist gleich dem halben Produkt aus der Primärwicklungsinduktivität (L) in Henry und dem Quadrat des Primärwicklungserregerstromes (!) in Ampere, was

sich ausdrücken läßt durch die Beziehung IV,,= -γ- Joule. Deshalb lieferte bei einer Primiirwtcklungsinduktivität von 200 Mikrohenry und einer Primärwicklungscrregcrstromstärke von 30 Ampere diese Spule 90 Millijoulc der gespeicherten Primärwicklungsenergie.

In bcif'ih hier beschriebenen Ausführungsformcn 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 Erregcrslrom von der Glcichslrompotentialqucllc. der Batterie 3, über die Primärwicklung 15 der Zündspule 18 fließen kann. Gemäß der Darstellung ist die Schalteinrichtung ein NPNTransistor20. Diese Einrichtung kann jedoch durch eine beliebige andere elektrische Schalteinrichtung mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften ersetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung /u verlassen. Die Kollcktorclcklrodc 22 und die Emitterelektrode 23 des Transistors 20 und die Primärwicklung 1.5 der Zündspule 18 sind parallel /u der Batterie 3 in Reihe geschaltet, und /war über den Schalter 13 und die Leitung 14 und über den Bezugspunkt oder den Erdpotentialpunkt 5.

Während bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 die Maschine 10 läuft, werden die Zündverteiler!. Inlcrbrcchcrkontakte 4 jedesmal dann derart betrieben, daß der elektrische Stromkreis offen ist, wenn eine der äquidistanl angeordneten Erhöhungen des Zündverteilernorkens 8 an der Nockcnfolgeeinrichtung oder dem Reibblock 9 vorbeigeht, ledesmal dann, wenn einer der Unterbrecherkontakte 4 derart betätigt wird, daß der elektrische Stromkreis unterbrochen wird, tritt eine positive .Spannungszunahme, welche ein Zeitslcuersignal 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 Kurbelwellcndrehung entspricht, sind die äquidistant angeordneten Erhöhungen des Verteilernockens 8 derart ausgebildet, daß die Zündvcrteiler-Unterbrccherkontakte 4 für eine solche vorgegebene Anzahl von Grad der Maschinen-Kurbelwellendrehung offengehalten sind. Dies ist die Zeitperiode, während welcher Zündfunkenenergic jeder Zündkerze der Maschine zugeführt wird. Somit wird dann, wenn die Maschine 10 den Verteilcrnocken 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, weiche derjenigen Zeitperiode entspricht, während welcher Zündfunkenenergie der Zündkerze zugeführt werden soll.

Es sei beispielsweise angenommen, daß die Zündfunkenenergie jeder Zündkerze iS, 25, 35 und 45 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 Zündverleilernockens 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 ! 000 U.'rnin dargestellt, was einer Dauer von etwa 7,50 Millisekunden entspricht.

Dieses Zeitsteuerstgnal wird durch die aus dem Widerstand 26 und dem Kondensator 27 gebildete f-'ilicrscluilUing gefiltert und in ein Signal von im wesentlichen Reehteckwcllcnfoiin umgeformt, und zwar durch eine herkömmliche Signalformcrschaltung 30.

"i jedes der gefilterten und entsprechend geformten Zcitsleuersignalc wird der Eingangsschaltung eines Oszillators zugeführt, der ein gesteuerter freilaufender Multivibrator 40 sein kann, welcher eine Reihe von Ausgangssignalcn derselben Polarität und mit vorgcge-

in bener Wiedcrholrate in Reaktion auf und über die Dauer von jeweils einem der Zeitsleuersignalc erzeugt. Ein gesteuerter, freilaufender Muliivibrator arbeitet als freilaufender Oszillator, solange ein Potential an ihm angelegt bleibt. Beispielsweise ist in einer praktischen

I^1-; Anwendung der erfindungsgemäßen Zündsysicmschaltung dieser gesteuerte freilaufende Multivibrator derart ausgebildet, daß er eine Frequenz von einem Kilohertz aufweist. Als gesteuerter, freilaufender Multivibrator 40 kann ein beliebiger gesteuerter freilaufender Multivi-

2» brator aus der Vielzahl entsprechender bekannter Schaltungsanordnung^! verwendet werden, so daß diese Einrichtung lediglich schcmatisch dargestellt ist. Die Reihe von Ausgangssignalen, welche durch den gesteuerten, freilaufenden Multivibrator 40 erzeugt

2) werden, haben eine positive Polarität in bezug auf den Bezugspunkt oder Erdpotentialpunkl 5. wie es durch die Kurve B der F i g. 3 dargestellt ist. welche diese Signale in der Form darstellt, daß sie beim Auftreten eines Zeitstcuersignals beginnen und am Ende dieses

in Zeitsteuersignals aufhören. Die Ausgangssignalc. welche durch den gesteuerten, freilaufenden Multivibrator 40 erzeugt werden, werden der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 20 zugeführt, der als elektrische Schalteinrichtung arbeitet, um den Stromkreis durch die

r> Primärwicklung 15 zu öffnen und zu schließen. Die positiven Ausgangssignalc des gesteuerten, freilaufenden Multivibrators 40 werden an die Basis 21 und den Emitter 23 des NPN Schalltransislors 20 in der geeigneten Polarität angelegt, um einen Basis-Emitter-

■40 Treiberstrom und folglich eine Kollcktor-Emiiter-I.cilung durch den NPN-Transistor20 zu erzeugen.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben. Beim Auftreten des anfänglichen positiven Ausgangssignals der Reihe von

4¹) 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 T\ der Kurve B gemäß Fig. 3 des anfänglichen positi/en Ausgangssignals des Multivibrators 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 Primärwicklungs-Erregerstrom steigt während der Zeitperiode TI gemäß Fig. 3C etwa linear an und erzeugt einen fortschreitend zunehmenden magnetischen Fluß. Dadurch wird die Sekundärwicklung 16 verkettet, und es wird darin durch Transformalorwirkung ein den Zündfunken unterhaltendes Potential von etwa 2400 Volt erzeugt. Am Ende der 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 71 keine wesentliche Auswirkung, da es typischerweise 9 kV 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 7"I und am Anfang der Zeitperiode 72 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-Erregerkreises geöffnet ist, nimmt das den Zündfunken auslösende Potential, welches in der Sekundärwicklung 16 induziert wird, gemäß Kurve D der F i g. 3 rasch zu, SO UUW gc

io

20

30

35

gp

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, d. h. mit der Änderungsrate des fortschreitend abnehmenden Flusses. Wie in der Kurve 3D dargestellt ist, nimmt das Potential während des Ausgleichs der Zeitperiode 72 fortschreitend auf beispielsweise 2 kV ab. Dieser Wert ist ausreichend, um gemäß der Kurve £der Fig. 3 den Zündfunkenstrom aufrechtzuerhalten.

Beim Auftreten des nächsten positiven Ausgangssignals in der Reihe von Ausgangssignalen des gesteuerten, freilaufenden Multivibrators 40, d. h. in der Zeitperiode 73, wird der Transistor 20 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-Primärwickiang 15 geführt werden kann, wie es in der Kurve Cder F i g. 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 73 von der Primärwicklung aufgenommen wird und während der Zeitperiode 73 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 F i g. 3 hervorgeht, und dabei wird wiederum Energie in der Primärwicklung 15 gespeichert. Am Ende dieses positiven Ausgangssignals von dem gesteuerten, freilaufenden Multivibrators 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

45

50

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65 gezündete Lichtbogen weiterbesteht, auf etwa 2 kV begrenzt ist, welches der Größe entspricht, die erforderlich ist, um gemäß der Kurve D der F i g. 3 den Zündfunken bzw. den Lichtbogen der gezündeten Kerze aufrechtzuerhalten. Diese Folge wird so lange weitergeführt, wie der Multivibrator 40 aufeinanderfolgende positive Ausgangssignale erzeugt, d. h. bis zum Ende des Zeitsteuersignals.

Es ist ersichtlich, daß die Zeitperiode 7"I des anfänglichen Aüsgangssignalimpulses des freilaufenden Multivibrators 40 länger dauert als die nachfolgenden Ausgangssignalimpulse. Diese größere Dauer des Anfangsimpulses liefert eine längere Zeitperiode für den Fluß des Zündspulen-Primärwicklungs-Erregerstrofiies. Vorzugsweise nimmt der Primärwicklungs Erregerstrom in seiner Stärke von Null auf etwa denselben Maximalwert während der Anfangsperiode 7"1 zu, dm er am Ende des jeweils nachfolgenden Impulses vom freilaufenden Multivibrator erreicht, beispielsweise bei 7"3. Dies gewährleistet, daß in der Primärwicklung Während des anfänglichen Ausgangssignalimpulses des freilaufenden Multivibrators, während der Zeitperiode 7Ί 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 zur selben Zeit wird ein unnötig hoher Strom nicht erzeugt und erforderlich, um die nachfolgenden Perioden wie bei Γ3 zu unterbrechen. Dem freilaufenden Multivbrator ist die Tendenz eigen, den längeren Anfangsausgangsimpuls zu liefern. In der alternativen Ausführungsform können die Einschaltperioden 7"I, 73, 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 Yf 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 71). 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.

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-Ausschaltperioden 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 ZündDeriode 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 Spannungsspilze zu Beginn der Zeitperiode Tl 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 i< > Spannung an der Zündspulen-Sekundärwicklung 16 auf einen sehr hohen Wert von beispielsweise 40 kV. Dieser hohe Spannungswert, gekoppelt mil der raschen Rate der Spanpungszunahme, wie es nachfolgend beschrieben wird, unterstützt den Aufbau oder den erneuten i> Aufbau des Funkens unter günstigen Bedingungen.

Während der Transformatorwirkungsperiode (d. h. Stromfluß in der Primärwicklung 15) kann das in der Sekundärwicklung J6 indüziciic Puiemiui einen stärkeren Stromfluß erzeugen als es erwünscht ist. Ein solcher 2ri Stromfluß, u*er auch in der Primärwicklung auftritt, erhöhl die Stromerfordernisse des Transistors 20 in unnötiger Weise. Um den Strom zu vermindern, sind die Widerstände \R, 2R, 3R und 4/? 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 J< > 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- J5 Primurwicklungs-Erregerstrom 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. -to 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 Umdrehungen der 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. I 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 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 Lichtbogertdauer beim Anlasser? mid bei geringer Maschinengeschwindigkeit verursacht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß im Unterschied zu herkömmlichen Zündsystemen diese vergrößerte Lichtbogendauer nicht zu erhöhten Strom-Unterbrechungsanforderungen 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. I 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 Lichibogenbeendigung durch ein getrenntes Abschaltsignal hervorgerufen werden, welches in einer speziellen Kurbelwellenstellung abgegeben wird, beispielsweise im oberen Totpunkt des Kolbens. In jedem Falle ist die Dauer der Lichlbogenzeit, welche durch d Jn 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 Ausführungsform 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 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, vn 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 Stromrückführungssteuerung. Die Zeitsteuerung ist oben anhand der Fig. 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 Slromrückführungssteuerung der Einschaltzeit der Primärwicklung 15 verursacht eine plötzliche Unterbrechung des Stromflusses, wenn ein vorgegebener Momentanwert des Stromes prrpirht wird R_P;

einem freilaufenden Multivibrator, wie er Ki 40 in der F ig I 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 auslosen wurde. Für diesen Zweck ist als Beispiel eine Schaltung in der Fig. IA dargestellt. In dieser Schaltung ist ein Widerstand 100 in dem 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 F ι g IC 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 etw as späteren Zeit beendet wird, als es erforderlich ist. um den gewünschten I nterbrechungsstrom in der Wick lung 15 zu erzeugen Die Ruckführschaltung der F ι g. 1 \ beschleunigt die freilaufende Wirkung derart, daß der Multivibrator zu der exakten vorgerückten 7cit ausgelost wird, und zwar beim Abschalten, wobei der vorgegebene Stromwer:. welcher erwünscht ist. zu dem Zeitpunk? unterbrochen wird, zu welchem ein solcher Strom in der Primärwicklung auftritt Vorzugsweise weist die Ruckfuhrschaltung nicht lineare (nicht a3rgsstellte) Elemente auf. welche die Spannung scharf anheben, welche den Basiselektroden des Transistors 102 zugeführt w ird. 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 Kondensa tor 44 sollte derart dimensioniert sein, daß die Auswirkung dieses Ruckfuhrungsvorganges auf die Ausscnaltzeit auf ein Minimum gebracht ist.

Die Stromruckfuhrungssteuerung 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 hegt, und zugleich ist es nicht erforderlich, daß von dem System eine größere l'nterbrechungslast 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 F ι g. iC ist ersichtlich, daß nach der ersten Einschaltzeit jeder Primärwicklungssirom 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 Stromruckfuhrungssteuerung der Dauer der nachfolgenden Einschalueit ist die Dauer solcher nachfolgender Einschaltzeiten bedeutend kürzer als die erste Einschaltzeit, wie es in der F i g. 3 dargestellt ist. Die Stromrückführungssteuerung kompensiert dadurch den Anfangsstrom und halt 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 F ι g. 1 beschriebenen Schaltung und mit den in der F i g. 3 dargestellten Betriebseigenschaften ist diese Abschaltzeil die Wiederherstellungsperiode des freilaufenden Multivibrators. Fs hat sich gezeigt, daß die Abschaltpenode vorteilhafterweise im wesentlichen gleich der Einschaltperiode gestaltet werden kann. In allen Anordnungen wird die Dauer der Abschaltperiode nicht größer als die Zeitperiode, über weiche der Bogen durch die induktive Entladungswirkung aufrechterhalten werden kann, so daß dann, wenn die nächste Einschaltzeit 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:

Spule I Spule 2

Spule 3

Primärwindungen	Π	17	11
Sekundärwindungen	2200	3000	3000
Primärinduktivität (Mikrohenry)	200	350	150
Sekundärinduktivität (Henry)	8.2	14.4	14.4
Primärstrom zur Zeit der Unter	30	15	30
brechung (Ampere)
Gespeicherte Energie (Millijoule)	90	57	90
Magnetkernbereich (cm)	1.587	1.587	1.587
Luftspalt (mmι	0.203	0.203	0.203

Mit jedem der obengenannten Transformatoren und einer 12·Volt-Batterie körinen Lichtbogendauerzeiten in der Größenordnung von 7,5 Millisekunden, Lichtbogenströme in der Größenordnung von 85 Milliampere und Gesamlbogenenergien in der Größenordnung von 400 Millijoule erreicht werden.

Die obengenannten Transformalorausbildungen unterscheiden sich wesentlich von herkömmlichen Transformatoriypen, die eine einzige Primärstromunterbrechung für jede Zündperiode halten. 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 MikroSekunden. 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 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 F* ι g. 3, durch einen potentialgesteuerten rnonostabilen 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 ''leibt, die durch ein internes /?C-Zeitsteüernet/-werk festgelegt ist. Nach dem entsprechenden Zeitablauf kehrt die Einrichtung spontan in den stabilen Zustand zurück. Diejenige Zeit, über welche ein potentialgesteuerter monostabiler 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.

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 Fiiterschaltung gefiltert und in ein im wesentlichen rechteckförmiges elektrisches Signal durch eine Impulsformerschaltung 30 umgeformt. Jedes der gefilterten und entsprechend eo 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 iri dem alternierenden Zustand, in welchem ein logisches Signal I an seiner Ausgangskiemme ansteht, und zwar für eine Zeitdauer, die durch ein internes /?C-Zeitsteuernetzwerk festgelegt ist. Nachdem eine entsprechende Zeit bei dieser Einrichtung abgelaufen ist. kehrt er spontan in den stabilen Betriebszusland zurück, in weichem ein logisches Signal Null an der Ausgangskiemme zur Verfügung steht. Folglich erzeugt der spannungsgesteuerte monostabile Multivibrator 70 Zündsignale gemäß der Kurve A der Fig.3, und zwar bei dieser Ausführungsform des erfindungsgernäßen 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 sie durch die Größe bzw. durch die Amplitude des Steuerpotentialsignals festgelegt ist, welche für die Dauer von jedem der Zeitsteuersignale angelegt ist. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 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-Schalttransislors 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 Ausführungsform 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 Zeitsteuersignals zum Betätigen des Schalttransistors 20 erzeugt werden, der über die Kollektor-Emitter-Eleklroden bzw. freischwingenden Multivibrator bzw. Univibrator erzeugt, so daß somit die Frequenz und cjie Einschaltzeit dieser Signale verändert werden karfn, um den Lichtbogenstrom und das Potential den Erfordernissen e: isprechend /u steuern, indem die Stärke bzw. die Amplitude des Stei'^rpotentialsignals verändert wird, auf welches die Einrichtung ansp.-icht. Dies bedeutet, die Lichtbogendauer kann so gewählt werden, wie es den Erfordernis sen der Maschine entspricht, indem die Zeitdauer festgelegt wird, über welche sich der potentialgesteuer te 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 ffel· schwingenden Multivibrator bzw. Univibrator 75 erzeugt werden, Je länger die Einschaltzeit von jedem dieser Ausgangssignale ist, um so größer ist die Stärke bzw. Amplitude des ZUndspulen-PrimärwicklungS'Erregerströms, 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.

1) die effektive Dauer des Zündfunkens bzw. 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 Zündspnlen-Primärwicklungs-Erregerschaltungs-Schalteinrichtung abwechselnd mit einer hohen Frequenz in den eingeschalteten und in den ausgeschalteten Zustand gebracht wird, typischerweise mit einer Frequenz von 1 kF ·-, 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 weiden 3000 Sekundärwicklungswindungen bei dem erfindungsgemäßen Transformator benötigt, im Gegensatz zu 9000 oder mehr Sekundärwicklungswindungen bei einem äquivalenten Hochenergiesystem.

6) Da weniger Sekundärwindungen erforderlich sind, können die Sekundärwicklungswindungen in Schichten gewickelt werden, die voneinander durch Papier getrennt sind, und die Windungen j,-der

ίο 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-Erregerschallung 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, wei! das System einen einzigen Transformator verwendet und in einem den Lichtbogen aufrechterhaltenden Modus mit geringern 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 jeder 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.
In der obigen Beschreibung ist davon ausgegangen worden, daß der Sekundärstrom nach der Lichtbogenzündung sich im induktiven Dekrementmodus befindet. Damit ist der fortschreitend abnehmende Stromfhiß 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 zv/ar aufgrund der Induktionswirkung, zu dieser Zeit fließt jedoch kein nennenswerter Strom.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Oszillator mit im wesentlichen rechteckförmi- "> gen Ausgangsimpulsen, mit einer Schaltvorrichtung, die in Zeitintervallen, in denen eine Zündung erfolgen soll, die Ausgangsimpulse des Oszillators an die Primärwicklung eines Zündtransformators so anlegt, daß der Stromfluß durch diese Primärwick- in lung im Takt der Oszillatorschwingungen ein- und ausgeschaltet wird, und die in den Zeitintervallen, in denen keine Zündung stattfinden soll, den Stromfluß durch die Primärwicklung unterbricht, und mit wenigstens einem Zündungs-Lichtbogenspalt in Verbindung mit einer Verbrennungskammer, über dem durch die in der Sekundärwicklung des Zündtransformators beim plötzlichen Abschalten des Stromflusses durch die Primärwicklung induzierte Spannun.psspitze ein Zündfunke erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Oszillators (40, 75) so gewählt ist, daß während einer Impulsserie der am Lude eines Oszillatorimpulses durch das Unterbrechen des Stromflusses durch die Primärwicklung (15) des Zündtransformators (18) erzeugte Zündfunke durch Induktionsspulenwirkung bis zum Einsetzen des nächsten, den Primärstrom wieder einschaltenden Oszillatorimpulses aufrechterhalten bleibt und daß das Windungsverhältnis zwischen Primärwicklung jh (15) und Sekundärwicklung (16) des Zündtransformators (18) so ist, daß die beim Aufbau des Erregerstroms durch die "rimärwicklung (15) aufgrund der Transforrmtorwirkung in der Sekundärwicklung (16) induzierte Spannung zur Aufrechterhaltung eines vorhandenen Zündfunkens ausreicht.

2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer des Oszillators (40, 75) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der 4n Brennkraftmaschine veränderbar ist.

3. Zündsystem nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz dci Oszillators (40, 75) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine veränderbar ist. v,

4. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der ein/einen Oszillatorimpulse und der Abstand zweier aufeinanderfolgender Oszillatorimpulse jeweils in etwa 500 MikroSekunden beträgt. in

5. Zündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Momenianwert des Stroms in der Zündspulenprimärwicklung (15) ansprechende Schaltung (Fig. IA) vorgesehen ist. die die ein/einen v·, Os/illatorimpulse immer dann abbricht, wenn der Primärstrom einen vorgebenen Wert erreicht.

6 Zündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekun därkreis de«. Transformators (18) ein erheblicher wi Widerstand, beispielsweise von JO Kilouhm, vorgesehen ist.