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Zündanlage für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem nach Art eines Wechselstromgenerators
arbeitenden Signalgeber, mit einem an diesen Signalgeber angeschlossenen Schwellwertschalter,
mit einer steuerbaren elektronischen Zündungsschaltstrecke zur Unterbrechung des
von eirer Gleichstromquelle gelieferten, über die Primärwicklung einer
Zündspule
geführten Stromes, mit einem Steuertransistor, dessen Emitter-Kollektor-Strecke
zu einer Serienschaltung gehört, die außerdem die Basis-Emitter-Strecke eines zur
Umsteuerung der Zündungsschaltstrecke dienenden Vortransistors enthält und während
des Betriebes mit der Stromquelle verbunden ist, und mit einem zwischen Schwellwertschalter
und Steuertransistor vorgesehenen Speicherglied, das einen mit wachsender Drehzahl
der Brennkraftmaschine abnehmenden Energiebetrag speichert, nach Patent ... (Patentanmeldung
P 22 44 781.0).
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Eine derartige Zündanlage zeichnet sich dadurch aus, daß auf den herkömmlichen
Unterbrecherschalter verzichtet werden kann, der nach längerer Betriebsdauer wegen
Verschmutzung und Abbrand an seinen Kontakten den Betrieb der Brennkraftmaschine
gefährdet, und daß sich außerdem bei Drehzahländerung der Brennkraftmaschine jeweils
die Dauer des Stromflusses in der Primärtricklung der Zündspule selbsttätig auf
den günstigsten Wert einstellt.
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Da nun diese Zündanlagen meist für zum Antrieb von Kraftfahrzeugen
dienende Brennkraftmaschine bestimmt sind und in dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges
beispielsweise bei der Unterbrechung eines induktivitätsbehafteten Stromkreises
relativ hohe Störspannungsimpulse auftreten, ergibt sich die Gefahr, daß in der
Zündanlage vorgesehene Halbleiterbauelemente durch diese Störspannungsimpulse überbeansprucht
und schließlich zerstört werden. Dies gilt bei der Zündanlage der eingangs erwähnten
Art insbesondere für den Steuertransistor und für den Vortransistor.
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, in einer Zündanlage der eingangs erwähnten Art, die
durch die Störspannunsimpulse gefährdeten Halbleiterbauelemente, also insbesondere
den Steuertransistor und den Vortransistor, gegen eine dadurch verursachte Zerstörung
zu schützen.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Nebenschluß
der Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors eine von der Stromquelle in
Sperrichtung beanspruchte Zenerdiode liegt und vorzugsweise in die von der Stromquelle
zur Basis-Emitter-Strecke des Vortransistors führende Versorgungsleitung eine von
der Stromquelle in Durchlaßrichtung beanspruchte Schutzdiode eingefügt ist.
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Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand des in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben.
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Die dargestellte Zündanlage, die für die nicht dargestellte Brennkraftmaschine
eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeuges bestimmt sein soll, wird aus
einer Gleichstromwuelle 1 gespeist, die im Beispielsfall die Batterie des Kraftfahrzeuges
ist. An der Stromquelle 1 geht von dem Pluspol eine einen Betriebsschalter (Zündschalter)
2 enthaltende Versorungsleitung 3 und von dem Minuspol eine an Masse liegende Leitung
4 aus. Von der Versorgungsleitung 3 geht eine Verbindung aus, die zunächst über
die Primarwicklung 5 einer Zündspule 6 und danach über eine
Zündungsschaltstrecke
7 zur l¢IasseleBitunr 4 führt. Die Zündungsschaltstrecke 7, die zum Schutz gegen
berbeanspruchun: die Parallelschaltung eine Kondensators 8 und einer von der Stromquelle
1 in Sperrichtung beanspruchten Zenerdiode 9 in ihrem Nebenschluß aufweist, wird
durch die mmitter-Kollektor-Strecke eines (npn-) Transistors 10 gebildet. Der Transistor
10 bildet mit einem weiteren (npn)- transistor 11 eine Darlington-Schaltung, indem
diese beiden rDransistoren 10, 11 mit ihrem Kollektor emeinsam an der Primärwicklung
5 liegen, an ihrer Basis-nmitter-Strecke je einen von zwei in serie liegenden iderständen
12, 13 im Nebenschluß aufweisen und der Emitter des weiteren Transistors 11 mit
der Basis des Transistors 10 verbunden ist.
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Von dem zwischen Primärwicklung 5 und Zündungsschaltstrecke 7 liegenden
Leitungsabschnitt fahrt eine Verbindung zunächst über die Sekundärwicklung 14 der
Zündspule 6 und danach über eine Zündkerze 15 zur Masseleitung 4. Selbstverständlich
kann die Sekundärwicklung 14 mittels eines nicht dargestellten Zandverteilers auch
in einer vorbestimmten Reihenfolge an nehrere Zündkerzen anschließbar sein.
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Von der Versorgungsleitung 3 führt eine weitere Verbindung zunächst
über einen ,iiderstand 16 und danach über die Parallelschaltung eines Kondensators
17 und einer von der Stromquelle 1 in Sperrichtung beanspruchten Zenerdiode 18 zur
Masseleitung 4.
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Zwischen Widerstand 16 einerseits und Kondensator 17 sowie Zenerdiode
18 andererseits ist somit ein Schaltungspunkt 19 vorhanden,
der
während des Betriebes ein stabilisiertes Potential aufweist0 Von dem Schaltungspunkt
19 geht eine Verbindung aus, die zunächst über einen riiderstand 20, danach über
eine von der Stromquelle 1 in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode 21 schließlich
über eine Geberwicklung 22 zur Masseleitung 4 führt.
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Die Geberwioklung 22 ist Bestandteil eines mit gestricheltem Linienzug
angedeuteten Qig,nalgebers 23, der mit einem nicht dargestellten, während des Betriebes
rotierenden eil der Brennkraftmaschine gekuppelt ist und nach Art eines Wechselstromgenerators
arbeitet. Es werden somit von dem Signalgeber 23 während des Betriebes wenigstens
annährend sinusförmige iivechselspannungssignale zur Verfügung gestellt, von denen
die negative Halbwelle in Richtung des Pfeiles U1 und die positive Halbwelle in
Richtung des Pfeiles U2 wirkenesoll.
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Ein zwischen Widerstand 20 und Diode 21 liegender Schaltungspunkt
24 ist an die Anode einer Diode 25 angeschlossen, deren Kathode mit dem )?ingan
g 26 eines nach Art eines Schmitt-Triggers arbeitenden Schwellwertschalters 27 und
außerdem über die Parallelschaltung eines Bemessun,swiderstandes 28 und eines zur
Ableitung von Störimpulsen dienenden Kondensators 29 mit der Masseleitung 4 in Verbindung
steht.
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Der Schwellwertschalter 27 weist einen (npn-) singangstransistor 30
und einen (npn-) Ausganstransistor 31 auf. Diese beiden Transistoren 30, 31 sind
mit ihrem Emitter über einen gemeinsamen widerstand 32 an die Masse leitung 4 und
mit ihrem
Kollektor je über einet von zwei Miiderständen 33, 34
an den Schaltungspunkt 19 angeschlossen. Außerdem steht die Basis des Ausiangstransistors
31 über einen Widerstand 35 mit dem Kollektor des xingangstransistors 30 und über
einen weiteren Widerstand 36 mit der Masseleitung 4 in Verbindung.
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Der Ausgang 37 des Schwellwertschalters 27 ist an die Kathode einer
Blockierdiode 38 angeschlossen, deren Anode über ein durch wenigstens einen Kondensator
39 gebildetes Speicherglied 40 mit der Basis eines (npn-) Steuertransistors 41 Verbindung
hat.
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Der mit seinem emitter an der Masseleitung 4 liegende steuert transistor
41 ist mit seinem Kollektor über die Serienschaltung zweier Widerstinde 42, 43 an
die Versorungsleitung 3 angeschlossen. An der gemeinsamen Verbindung 44 dieser beiden
Widerst;<de 42, 43 liegt die basis eines (pnp-) Vortransistors 45, der mit seinem
Emitter an die Versorgungsleitung 3 angeschlossen ist und zum Schutz gegen Störimpulse
einen Kondensator 46 im Nebenschluß seiner Basis-mitter-recke aufweist. Der Kollektor
des Vortransistors 45 ist über einen Widerstand 47 mit der Basis des weiteren Transistors
11 verbunden.
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Der das Speicherglied 40 bildende Kondensator 39 ist an seinem dem
Steuertransistor 41 zugewandten Belag über einen 3ntladewiderstand 48 mit dem Schaltungspunkt
19 verbunden, während der dem Schwellwertschalter 27 zugewandte Belag dieses Kondensators
39 über einen Ladewiderstand 49 mit dem Schaltungspunkt 19 Verbindung hat.
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3in im Nebenschluß der Basis-mitter-Strecke, des Vortransistors 41
liegender Kondensator 50 soll ebenfalls eine Steuerbeeinflussung durch Störimpulse
vermeiden, während ein zwischen der Basis des weiteren Transistors 11 und der Masseleitung
4 liegender Widerstand 51 -zur Bemessung der Stouerspannung für die Transistoren
10, 11 dient.
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Der aus der StromAuelle 1 sowie dem Betriebsschalter 2 betehenden
Serienschaltung ist ein Pufferkonderisator 52 parallelgeschaltet. Schließlich ist
zum Schutz gegen Störspannungsimpulse noch der Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors
41 eine von der Stromquelle 1 in Sperrichtung beanspruchte Zenerdiode 53 parallelgeschaltet
und in die Versorgungsleitung 3 zwischen dem Betriebsschalter 2 und dem Anschlußpunkt
des Pufferkondensators 52 eine von der Stromquelle 1 in Durchlaßrichtung beanspruchte
Schutzdiode 54 eingefügt.
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Die soeben beschriebene Zündanlage hat folgende Wirkungsweise: Sobald
der Betriebsschalter 2 geschlossen wird, ist die Anlage funktionsbereit. Vvird gerade
am Signalgeber 23 eine in Richtung des Pfeiles U2 wirkende positive Spannungshalbwelle
zur Verfügung gestellt, so ist das infolge der Diode 21 ohne einfluß auf die Basis
des zum Schwellwertschalter 27 gehörende Singangstransistors 30. In diesem Fall
verläuft somit über die Basis-Lmitter-Strecke des ßingangstransistors 30 ein Steuerstrom,
der über die Schaltungselemente 2, 3,5)816,20}25, 32 sowie 4 geführt wird und die
Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 30 in den strondurchlassenden Schaltzustand
steuert, während sich abhängig davon
die Emitter-Kollektor-Strecke
des Ausgangstransistors 31 in dem stromsperrenden Schaltzustand befindet. Demzufolge
flieht über die Basis-~mitter-Strecke des Steuertransistor 41 ebenfalls einSteuerstrom,
der uber die Schaltungselemente 2, 3,5't'16, 48 sowie 4 verläuft und die Lmitter-Kollektor-Strecke
dieses Transistors 41 in den stromdurchlassenden Schaltzustand steuert.
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Dabei verzweigt sich ein Teilstrom über den Ladewiderstand 49 und
den das Speicherglied 40 bildenden Kondensator 39, so daß sich dieser Kondensator
39 auf einen bestimmten Znergiebetrag auflädt.
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Wenn sich die Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors 41 in
dem stromdurchlassenden Dchaltzustand befindet, wird auch über die Basis->mitter-Strecke
des Vortransistors 45 Steuerstrom geführt, so daß dessen Emitter-Kollektor-Strecke
leitend ist. Infolge einesStromflusses über die Schaltungselemente 2, 3, 54, 45,
47, 13, 12 sowie 4 entstehen an den Widerstinden 12, 13 Spannungsabfälle, durch
die sowohl die Emitter-Kollektor-Strecke des weiteren Transistors 11 als auch die
die Zündungsschaltstrecke 7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 10
in den stromdurchlassenden Schalt zustand gesteuert werden. Die Primärwicklung 5
der Zündspule 6 wird daher jetzt mit Strom aus der Stromquelle 1 gespeist, Tritt
nun in der Geberwicklung 22 des Sinalgebers 23 die in Richtung des Pfeiles Ul wirkende
negaitve Spannungshalbwelle auf, so wandert das Potential am Schaltungspunkt 24
in negativer Richtung bis schließlich ein Steuerstromzufluß zum Lingangstransistor
3 des Schwellwertschalters 27 verhindert wird.
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Es fließt dann Steuerstrom über die Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors
31, der über die Schaltungselemente 2, 3, 54, 16, 33, 35, 32 sowie 4 verläuft und
die Emitter-Kollektor-Strecke diese Transistors 31 leitend macht. Es setzt eine
ntladung des das Speicherglied 40 bildenden Kondensators 39 ein und zviar über den
Widerstand 48, die Smitter-Kollektor Strecke des Ausgan-rstransistors 31 und den
Widerstand 32. Das Potential an der Basis des Stuertransistors 41 verschiebt sich
dabei soweit in negativer Richtung, daß dessen imitter-Kollektor-Strecke in den
stromsperrenden Schaltzustand übergeht. Somit geht auch die Emitter-Kollektor-Strecke
des Vortransistors 45, die mitter-Kollektor-Strecke des weiteren Transistors 11
und die die Zündungsschaltstrecke 7 bildende ~mitter-Kollektor-Strecke des Transistors
10 in den stromsperrenden Schalt zustand über. Durch die dabei stattfindende Unterbrechung
des über die Primärwicklung 5 geführten Stromflusses wird in der Sekundärwicklung
14 ein lIochspannungsstoß und damit an der Zündkerze 15 ein Zündfunke erzeugt.
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Nach einer bestimmten Zeitspanne ist die. Entladung des das Speicherglied
40 bildenden Kondensators 79 soweit fortgeschritten, daß am Steuertransistor 41
infolge des an der Basis wieder in positiver Richtung ansteigenden Potenials die
Emitter-Kollektor-Strecke erneut in deq stromdurchlassenden Schaltzustand gesteuert
wird. Dadurch gelangt auch'wieder die mltter-Kollektor-Strecke des Vortransistors
45, die .hitter-Kollektor-Strecke des weiteren Transistors 11 und die die Zündungsschaltstrecke
7 bildende mitter-Kollektor-Strecke des rl'ransistors 10. in den stromdurchlassenden
Schaltzustand. Der Stromfluß durch die Primärwicklung 5 und
somit
die linergiespeicherung in der Zündspule 6 kann bereits wieder binnen, noch bevor
der Signalgeber 23 mit seiner abklingenden negativen Spannungshalbwelle den Schwellwertschalter
27 umgesteuert hat, das heißt bevor die Emitter-Kollektor-Strekke des L'ingangstransistors
30 leitend und die Emitter-Kollektor-Strecke des Ausgangstransistors 31 nichtleitend
geworden ist.
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Findet dann diese Umsteuerung statt, so wird der das Speichert 31ied
40 bildende Kondensator 39 wieder über den Widerstand 49 aufgeladen, so daß der
soeben beschriebene Funktionsablauf erneut beÖinnen kann. Daraus erkennt man leicht,
daß die jeweils durch diese Aufladung gespeicherte Energie mit wachsender Drehzahl
der Brennkraftmaschine abnimmt.
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Gelangt aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges ein Störspannungsimpuls
in die Zündanlage, der mit der Polarität der Stromquelle 1 übereinstimmt und die
Sperrspannung der gerade nichtleitenden dmitter-Koll ektor-Stre cke des Steuertransistors
41 zu überschreiten versucht, so setzt ein Stromfluß über die Zenerdiode 53 ein
der dieses Überschreiten verhindert. Gleichzeitig setzt aber dadurch auch ein Stromfluß
über die Basis-Emitter-trecke des Vortransistors 45 ein, der dessen Emitter-Kollektor-Strecke
in dem Maße leitend macht, daß auch an dieser Emitter-Kollektor-Strecke die Sperrspannung
nicht überschritten wird. Es reicht also hier die eine Zenerdiode 53 für den Schutz
der zwei Transistoren 41, 45 aus.
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Tritt im Bordnetz des Kraftfahrzeuges ein Störsnannungsimpuls mit
gegenüber der Stromquelle 1 entregengesetzter Polarität auf, so wird dessen Zutritt
zur Zündanla;e durch die Schutzdiode 54 blockiert. Der Pufferkondensator 52 sorgt
dabei vorübergehend dafür, daQ die Spannungsversorgung der Zündanlage durch diesen
Störspannungsimpuls nicht zusammenbricht.