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Zündanlage für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem nach Art eines W7echselstromgenerators
arbeitenden Signalgeber, mit einem an diesen Signalgeber angeschlossenen Schwellwertschalter,
mit einer steuerbaren elektronischen Zündschaltstrecke zur Unterbrechung des von
einer Gleichstrciruelle gelieferten, über die Primärwicklung einer Zündspule geführten
Stromes, mit einem Steuertransistor zur Steuerung der Zündschaltstrecke und mit
einem zwischen
Schwellwertschalter und Steuertransistor vorgesehenen
Speicherglied, das einen mit wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine abnehmenden
Energiebetrag speichert, nach Patent ...........
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(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 Primärwicklung der Zündspule selbsttätig auf einen
günstigen Wert einstellt.
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Diese Zündanlage bietet jedoch keine Gewähr dafür, daß bei stillstehender
Brennkraftmaschine und noch eingeschalteter Stromversorgung die Zündschaltstrecke
stromundurchlässig ist.
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Das kann zu einem anhaltenden Stromfluß in der Primärwicklung der
Zündspule führen, wodurch sie stark erwärmt und schließlich zerstört werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündanlage der eingangs erwähnten
Art zu schaffen und dabei die soeben erwähnte Unzulänglichkeit zu vermeiden.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein aus der
Gleichstromquelle aufladbarer sowie über den Schwellwert schalter entladbarer Überwaehungskondensator
vorgesehen ist und ein den Steuertransistor beeinflussender Überwachungstransistor
in Abhängigkeit von dem Ladezustand des Überwachungskondensators für die Unterbrechung
eines bei stillstehender Brennkraftmaschine über die Primärwicklung der Zündspule
geführten Stromes sorgt
Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 die Schaltungsanordnung einer Zündanlage nach der
Erfindung und Fig. 2 sowie Fig. 3 gegenüber Figur 1 geänderte Schaltungsanordnungen.
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Die in Figur 1 dargestellte Zündanlage, die für die nicht dargestellte
Brennkraftmaschine eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeuges bestimmt
sein soll, wird aus einer Stromquelle 1 gespeist, die im Beispielsfall die Batterie
des Kraftfahrzeuges ist. An der Stromquelle 1 geht von dem Pluspol eine einen Betriebsschalter
(Zündschalter) 2 enthaltende Versorgungsleitung 3 und von dem Minuspol eine an Masse
liegende Leitung 4 aus. Von der Versorgungsleitung 3 geht eine Verbindung aus, die
zunächst über die Primärwicklung 5 einer Zündspule 6 und danach über eine Zündschaltstrecke
7 zur Masseleitung 4 führt. Die Zündschaltstrecke 7, die zum Schutz gegen Uberbeanspruchung
die Parallelschaltung eines Kondensators 8 und einer von der Stromquelle 1 in Sperrichtung
beanspruchten Zenerdiode 9 in ihrem Nebenschluß aufweist, wird durch die Emitter-Kollektor-Stecke
eines (npn-) Transistors 10 gebildet. Der Transistor 10 bildet mit einem (npn-)
Vortransistor 11 eine Darlington-Schaltung, indem diese beiden Transistoren 10,
11 mit ihrem Kollektor gemeinsam an der Primärwicklung 5 liegen, an ihrer Basis-Emitter-Strecke
je einen von zwei in Serie liegenden Widerständen 12, .13 im Nebenschluß aufweisen
und der Emitter des Vortransistors 11 mit der Basis des Transistors 10 verbunden
ist.
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Von dem zwischen Primärwicklung 5 und Zündschaltstrecke 7 liegenden
Leitungsabschnitt führt 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 Zündverteilers auch
in einer vorbestimmten Reihenfolge an mehrere Zündkerzen anschließbar sein.
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Von der Versorgungsleitung 3 führt elne weitere Verbindung zunächst
über einen Widerstand 16 und danach über die Parallelschaltung eines Kondensators
17 und einer von der Stromquelle 1 in Sperrichtung beanspruchten Zenerdiode 18 zur
Masseleitung 4. Zwischen Widerstand 16 einerseits und Kondensator 17 sowie Zenerdiode
18 andererseits ist somit ein Schaltungspunkt 19 vorhanden, der während des Betriebes
ein stabilisiertes Potential aufweist. Von dem Schaltungspunkt 19 geht eine Verbindung
aus, die zunächst über einen Widerstand 20, danach über eine von der Stromquelle
1 in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode 21 und schließlich über eine Geberwicklung
22 zur Masseleitung 4 führt.
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Die Geberwicklung 22 ist Bestandteil eines mit gestrichteltem Linienzug
angedeuteten Signalgebers 23, der mit einem nicht dargestellten, während des Betriebes
rotierenden Teil der Brennkraftmaschine gekuppelt ist und nach Art eines Wechselstromgenerators
arbeitet. Es werden somit von dem Signalgeber 23 während des Betriebes wenigstens
annähernd sinusförmige Wechselspannungssignale zur Verfügung gestellt, von denen
die negative Halbwelle in Richtung des Pfeiles U1 und die positive Halbwelle in
Richtung des Pfeiles U2 wirken soll.
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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 Eingang
26 eines nach Art eines Schmitt-Triggers arbeitenden Schwellwertschalters 27 und
außerdem über die Parallelschaltung eines Bemessungswiderstandes 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-) Eingangstransistor 30
und einen (npn-) Ausgangstransistor 31 auf. Diese beiden Transistoren 30, 31 sind
mit ihrem Emitter über einen gemeinsamen Widerstand 32 an die Masseleitung Lt und
mit ihrem Kollektor je über einen von zwei Widerständen 33, 34 an den Schaltungspunkt
19 angeschlossen. Außerdem steht die Basis des Ausgangstransistors 31 über einen
Widerstand 35 mit dem Kollektor des Eingangstransistors 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 ein durch wenigstens
einen Kondensator 39 gebildetes Speicherglied LtG angeschlossen, das am anderen
Anschluß mit der Basis eines (npn-) Steuertransistors 41 Verbindung hat. Der Kollektor
widerstand 34 ist gleichzeitig Ladewiderstand für den das Speicherglied 40 bildenden
Kondensator 39.
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Der mit seinem Emitter an der Masseleitung 4 liegende Steuertransistor
41 ist mit seinem Kollektor über die Serienschaltung zweier Widerstände 42, 43 an
die Versorgungsleitung 3 angeschlossen. An der gemeinsamen Verbindung 44 dieser
beiden Widerstände 42, 43 liegt die Basis eines (pnp-) Zwischentransistors 45, der
mit seinem Emitter an die Versorgungsleitung 3 angeschlossen ist und zum Schutz
gegen Störimpulse einen Kondensator 46 im Nebenschluß seiner Basis-Emitter-Strecke
aufweist. Der Kollektor des Zwischentransistors 45 ist über einen Widerstand 47
mit der Basis des Vortransistors 11 verbunden.
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Der Steuertransistor 41 ist an seiner Basis noch über einen zum Schutz
gegen Störimpulse dienenden Kondensator 48 mit der Masseleitung 4, über einen Entladewiderstand
49 für den das Speicherglied 40 bildenden Kondensator 39 mit dem Schaltungspunkt
19 und unmittelbar mit dem Kollektor eines (npn-) uberxachungstransistors 50 verbunden,
der mit seinem Emitter an der Masseleitung 4 liegt. Außerdem ist ein Überwachungskondensator
51 vorgesehen, der in seiner ladestromzuführenden Anschlußverbindung einen Vorschaltwiderstand
52 enthält. Dabei ist der dem Überwachungskondensator 51 abgewandte Anschluß des
Vorschaltwiderstandes 52 an den Ausgang 37 des Schwellwertschalters 27 angeschlossen.
Der dem Vorschaltwiderstand 52 zugewandte Anschluß des Piberwachungskondensators
51 steht mit der Basis des Überwachungstransistors 50 in Verbindung und zwar über
die Serienschaltung eines Bemessungswiderstandes 53 und einer Zenerdiode 54, die
von dem Entladestrom des Überwachungskondensators 51 in Sperrichtung beansprucht
wird. Schließlich ist die Basis des überwachungstransistors 50 noch über einen weiteren
Bemessungswiderstand 55 an die Masseleitung 4 angeschlossen. Mit Hllfe einer Diode
56 kann das Potential am Emitter des Steuertransistors 41 angehoben und dadurch
das Sperren seiner Emitter--Kollektor-Strecke einwandfrei realisiert werden.
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Die soeben beschriebene Zündanlage hat folgende Wirkungsweise: Sobald
der Betriebsschalter 2 geschlossen wird, ist die Anlage funktionsbereit. Wird 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 gehörenden Eingangstransistors 30. In diesem Fall
verläuft somit über die Basis-Emitter-Strecke des Eingangstransistors 30 ein Steuerstrom,
der über die Schaltungselemente 2, 3, 16, 20, 25, 32 sowie 4 geführt wird und die
Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 30 in den stromdurchlassenden
Schalt
zustand steuert, während sich abhängig davon die Emitter-Kollektor-Strecke des Ausgangstransistors
31 in dem stromsperrenden Schaltzustand befindet. Demzufolge fließt über die Basis-Emitter-Strecke
des Steuertransistors 41 ebenfalls ein Steuerstrom, der über die Schaltungselemente
2, 3, 16, 49 sowie 4 verläuft und die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors
41 in den stromdurchlassenden Schaltzustand steuert. Dabei verzweigt sich ein Teilstrom
über den Widerstand 34 und den das Speicherglied 40 bildenden Kondensator 39, so
daß sich dieser Kondensator 39 auf einen bestimmten Energiebetrag auflädt.
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Wenn sich die Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors 41 in
dem stromdurchlassenden Schalt zustand befindet, wird auch über die Basis-Emitter-Strecke
des Zwischentransistors 45 Steuerstrom geführt, so daß dessen Emitter-Kollektor-Strecke
leitend ist. Infolge eines Stromflusses über die Schaltungselemente 2, 3, 45, 47,
13, 12 sowie 4 entstehen an den Widerständen 12, 13 Spannungsabfälle, durch die
sowohl die Emitter-Kollektor-Strecke des Vortransistors 11 als auch die die Zündschaltstrecke
7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 10 in den stromdurchlassenden
Schaltzustand gesteuert werden. Die Primärwicklung 5 der Zündspule 6 wird daher
jetzt mit Strom aus der Stromquelle 1 gespeist.
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Tritt nun in der Geberwicklung 22 des Signalgebers 23 die in Richtung
des Pfeiles U1 wirkende negative Spannungshalbwelle auf, so wandert das Potential
am Schaltungspunkt 24 in negativer Richtung bis schließlich ein Steuerstromzufluß
zum Eingangstransistor 30 des Schwellwertschalters 27 verhindert wird. Es fließt
dann Steuerstrom über die Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 31, der
über die Schaltungselemente 2, 3, 16, 33, 35 32 sowie 4 verläuft und
die
Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 31 leitend macht. Es setzt eine Entladung
des das Speicherglied 40 bildenden Kondensators 39 ein und zwar über den Widerstand
49, die Emitter-Kollektor-Strecke des Ausgangs transistors 31 und den Widerstand
32. Das Potential an der Basis des Steuertransistors 41 verschiebt sich dabeI soweit
in negativer Richtung, daß dessen Emitter-Kollektor-Strecke in den stromsperrenden
Schaltzustand übergeht. Somit geht auch die Emitter-Kollektor-Strecke des Zwischentransistors
45, 5 , die Emitter-Kollektor-Strecke des Vortransistors 11 und die die Zündschaltstrecke
7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 10 in den stromsperrenden Schaltzustand
über.
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Durch die dabei stattfindende Unterbtechung des über die Primärwicklung
5 geführten Stromflusses wird in der Sekundärwicklung 14 ein Hochspannungsstoß 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 39 soweit fortgeschritten, daß am Steuertransistor 41
infolge des an der Basis wieder in positiver Richtung ansteigenden Potentials die
Emitter-Nollektor-Strecke erneut in den stromdurchlassenden Schaltzustand gesteuert
wird. Dadurch gelangt auch wieder die Emitter-Kollektor-Strecke des Zwischentransistors
45, die Emitter-Kollektor-Strecke des Vcrtransistors 11 und die die Verbindungsschaltstrecke
7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 10 in den stromdurchlassenden
Schaltzustand. Der Stromfluß durch die Primärwicklung 5 und somit die Energiespeicherung
in der Zündspule 6 kann bereits wieder beginnen, noch bevor der Signalgeber 23 mit
seiner abklingennden negativen Spannungshalbwelle den Schwellwertschalter 27 umgesteuert
hat, daß heißt bevor die Emitter-Kollektor-Strecke des Eingangs transistors 30 leitend
und die Emitter-Kollektor-Strecke des Ausgangs transistors 31 nichtleitend
geworden
ist. Findet dann diese Umsteuerung statt, so wird der das Speicherglied 40 bildende
Kondensator 39 wieder über den aufgeladen, so daß der soeben beschriebene Funktionsablauf
erneut beginnen kann. Daraus erkennt man leicht, daß die jeweils durch diese Aufladung
gespeicherte Energie mit wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine abnimmt.
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Während des Betriebes der Brennkraftmaschine wird auch der überwachungskondensator
51 über die Schaltungselemente 2, 3, 16, 34, 52 sowie 4 aufgeladen und über die
Schaltungselemente 52, 31, 32 sowie 4 entladen. Für den Fall, daß die Bre.lnkraftmaschine
nicht anläuft bzw. zum Stillstand kommt, der Betriebsschalter 2 geschlossen ist,
die Emitter-Kollekto-Strecke des Ausgangstransistors 31 sich im nichtleitenden Zustand
befindet und somit infolge der leitenden Zündschalt strecke 7 Strom in der Primärwicklung
5 der Zündspule 6 fließen kann, erfolgt eine so hohe Aufladung des Überwachungskondensators
51, daß die Schwellspannung der Zenerdiode 54 überschritten wird. Es setzt dann
ein Steuerstromfluß über den Bemessungswiderstand 53 sowie die Basis-Emitter-Strecke
des Überwachungstransistors 50 ein, wodurch dessen Emitter-Kollektorstrecke in den
leitenden Zustand gelangt. Dadurch wird die Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors
41 kurzgeschlossen, was zur Folge hat, daß die Emitter-Kcllektor-Strecke des Steuertransistors
41, des Zwi schentransistors 45, des Vortransistors 11 und des Transistors 10 nichtleitend
und somit ein Stromfluß über die Primärwicklung 5 der Zündspule 6 unterbunden wird.
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Die Schaltungsanordnung nach Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen
nach Figur 1 dadurch, daß der Vorschaltwiderstand 52 an seinem dem Überwachungskondensator
51 abgewandten Anschluß an dem Schaltungspunkt 19 und an seinem dem Überwachungskondensator
51
zugewandten Anschluß über eine von Entladestrom des Überwachungskondensators 51
in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode 57 am Ausgang 37 des Schwellwertschalters
37 liegt. Der Übrwacungsondensator 51 wird dann über die Schaltungselemente 2, 3,
16, 52 sowie 4 aufgeladen und über die Schaltungselemente 56, 31, 32 sowie 4 entladen.
Es ist hier zwar die zusätzliche Diode 57 vorhanden, was jedoch den Vorteil bringt,
daß die Aufladung des Überwachungskondensators 51 unabhängig von der Aufladung des
das Speicherglled 40 bildenden Kondensators 39 erfolgt und daß der Vorschaltwiderstand
52 nicht durch den Entladestrom des überwachungskondensators 51 belastet wird und
daher seine temperaturabhängige Wertänderung geringer ist. Ansonsten geschieht die
Überwachung in gleicher Weise wie in der Schaltungsanordnung nach Figur 1.
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Die Schaltungsanordnung nach Figur 3 unterscheidet sich von derjenigen
nach Figur 2 dadurch, aaß auf die Diode 56 verzichtet ist und daß ferner der Überwachungstransistor
50 mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zwischen dem Widerstand 49 und der Basis
des Steuertransistors 41 angeordnet, das heißt, zur Basis-Emitter-Strecke dieses
Transistors 41 in Serie geschaltet ist und mit seiner Basis unmittelbar an dem dem
Vorschaltwiderstand 52 zugewandten Anschluß des Überwachungskondensators 51 liegt.
Für den Falls da hier die Brernrkraftaschine nicht anläuft hzw. zum Stillstand kommt
der Betriebsschalter 2 geschlossen ist, die Emitter-Koliektor-Strecke des Ausgangstransistors
31 sich im nichtleitenden Zustand befindet und somit infolge der leitenden Zündschaltstrecke
T Strom über ale Primärwicklung 5 fließen kann, erfolgt eine so hohe Aufladung des
Uberwachungskondensators 51, daß die Vorspannung an der Basis des Übelachungstransistors
50 nicht mehr ausreicht, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in dem leitenden Zustand
zu halten. Es wird dann ebenfalls die Emitter-Kcllektor-Strecke des Steuertransistors
41,
des Zwischentransistors 45, des Vortransistors 11 und des Transistors
10 nichtleitend und somit ein Stromfluß über die Primärwicklung 5 unterbunden.