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Zündanlage für eine Brennkraftmaschine
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Zusamnwenfassung Es wird eine Zündanlage für eine Brennkraftmaschine
vorgeschlagen, bei der eine getaktete Stromregelung durchgefuhrt wird und die so
ausgebildet ist, dass ein Hilfsschalter in einem Nebenzweig zur Primärwicklung,
insbesondere ein Thyristor bei einem extrem starken Anstieg der Primärspannung,
d.h, der Spannung über der Primärwicklung, wie sie sich beispielsweise beim Abfallen
eines Zündkabels auf der Sekundärseite der Zündspule ergeben kann, gegen diese überspannung
geschützt wird.
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Zu diesem Zweck sind Schutzeinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe
der Hilfsschalter, welcher normalerweise in Abhängigkeit vom Primärstrom durch die
Primärwicklung im Gegentakt zum in
Serie zu der Primärwicklung liegenden
Unterbrecher alternierend leitend und nichtleitend gesteuert wird, in Abhängigkeit
von einer einen vorgegebenen Grenzwert übersteigenden Spannung über der Primärwicklung
in den leitenden Zustand steuerbar ist. Dabei wird zum Erfassen der Überspannung
vorzugsweise ein Schwellwertglied, beispielsweise in Form eines Diacs eingesetzt,
dessen Ansprechen einen Steuerimpuls auslöst, der dem Hilfsschalter zugeführt wird,
welcher vorzugsweise als Thyristor ausgebildet ist, dessen Gate-Elektrode der Steuerimpuls
zuführbar ist.
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Stand der Technik Die Erfindung geht von dem Stand der Technik gemäss
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus, wobei dieser Stand der Technik sich beispielsweise
aus der DE-OS 25 31 278 ergibt, wo eine Transistor Spulenzündanlage mit getakteter
Stromregelung beschrieben ist, bei der in einem Nebenzweig zur Zündspule die Schaltstrecke
eines Thyristors liegt welcher durch ein Steuersignal an seiner Gate-Elektrode leitend
gesteuert wird, sobald der Stron durch die Primärwicklung erstmals einen vorgegebenen
Höchstwert erreicht, der zum Sperren eines in Serie zur Primärwicklung liegenden
elektronischen Unterbrechers, nämlich eines Transistors, führt. Bei der bekannten
Zündanlage bleibt der Thyristor leitend, bis ein Ausgangssignal einer monostabilen
Kippschaltung, welche beim Abschalten des elektronischen Unterbrechers gesetzt wird,
endet, woraufhin der elektronische Unterbrecher wieder leitend gesteuert und der
Thyristor gesperrt wird, Bei Erreichen des vorgegebenen Höchstwertes des Primärstroms
wiederholen sich dann die beschriebenen Vorgänge zyklisch.
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Ähnlich arbeitet auch eine bekannte Zündanlage gemäss der DE-OS 25
31 337, bei der jedoch die Primärwicklung der Zündspule einen
Abgriff
aufweist, der die Primärwicklung in zwei Wicklungsteile unterteilt, von denen der
eine - der kleinere-bei leitendem elektronischen Unterbrecher vom Primärstrom durchElossen
wird und von denen der andere - der grössere - einen zugeordneten Nebenschlusszweig
mit der Serienschaltung eines Thyristors und eines Widerstandes aufweist.
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Bei den bekannten Zündanlagen der vorstehend beschriebenen Art, die
insofern vorteilhaft sind, als bei ihrem Einsatz die Belastung der Gleichstromquelle
bzw. der Batterie verhältnismässig niedrig gehalten werden kann, obwohl bei geringer
Spuleninduktivität hohe Primärströme fliessen, können sich Schwierigkeiten ergeben,
wenn die kapazitive Belastung auf der Sekundärseite der Zündspule stark absinkt,
beispielsweise beim Abfallen des Zündspulenkabels. In diesem Fall steigt nämlich
die Spannung über der Primärwicklung bzw. über einem Teil derselben beträchtlich
über die normale Induktionsspannung bei einem Zündvorgang an, wodurch der Hilfsschalter,
selbst wenn es sich um einen Thyristor mit hoher Grenzsperrspannung handelt, zerstört
werden kann.
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Aufgabe der Erfindung Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend
erläuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Zündanlage für Brennkraftmaschinen anzugeben, bei der ein in einem Nebenzweig zu
mindestens einem Teil der Primärwicklung liegender Hilfsschalter gegen Überspannungen
an der Primärwicklung geschützt ist.
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Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch eine Zündanlage mit
den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung Bei der erfindungsgemässen Zündanlage gemäss
Anspruch 1 ergibt sich der Vorteil, dass bei störungsbedingten Überspannungen an
der Primärwicklung keine Schädigung des in einem Nebenschlusszweig zur Primärwicklung
liegenden Hilfsschalters auftritt, so dass nach Beheben der Störung - im einfachsten
Fall beispielsweise lediglich das Feststecken eines Zündkabels, welches sich gelockert
hat - die Zündanlage sofort wieder einwandfrei arbeitet und keine bleibenden Schäden
zurückbleiben.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass der Schutz des Hilfsschalters
mit geringem zusätzlichen Aufwand verwirklicht werden kann, insbesondere wenn als
Hilfsschalter ein Thyristor vorgesehen ist, für den ohnehin ein Steuerimpulsgeber
bzw. Zündgenerator benötigt wird, welchem dann eingangsseitig einfach noch zusätzlich
die in Abhängigkeit vom Auftreten einer Überspannung gewonnenen Eingangssignale
zugeführt werden können.
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Für die Gewinnung derartiger Eingangssignale für den Zündgenerator
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn man die am Thyristor wirksame Uberspannung,
insbesondere über einen Spannungsteiler, eingangsseitig an ein Schwellwertglied,
beispielsweise einen Diac anlegt, welcher dann vorzugsweise über einen Transistor
ein Eingangssignal an den Zündgenerator legt,.
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so dass dieser den Thyristor leitend steuert, wodurch im Nebenschlusszweig
ein Strom ermöglicht wird, der zu einem schnellen Abbau der Überspannung führt.
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Zeichnung Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Teil-Schaltbild mit den
wesentlichen Elementen einer bevorzugten Ausführungsform einer Zündanlage gemäss
der Erfindung.
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Beschreibung der Erfindungsbeispiele Bei der in der Zeichnung teilweise
dargestellten Zündanlage gemäss der Erfindung, deren nicht dargestellte Teile etwa
so aufgebaut sein können wie dies Fig. 2 der eingangs erwähnten DE-OS 25 31 337
zeigt, liegt zwischen Batteriespannung U3 und Bezugspotential die Serienschaltung
eines Widerstandes 10, eines Transistors 12, der als elektronischer Unterbrecher
dient, und eine Teilwicklung W1 der Primärwicklung 14 einer Zündspule, deren Sekundärwicklung
(nicht dargestellt) in üblicher Weise, insbesondere über einen Zündverteiler, mit
ein oder mehreren Zündkerzen der mit der Zündanlage ausgerüsteten Brennkraftmaschine
verbunden sein kann0 Parallel zu dem Zweig mit dem Widerstand 10, dem Transistor
12 und der ersten Teilwicklung W1 liegt die Serienschaltung eines Thyristors 16,
eines Widerstandes 18 und einer Widerstandsparallelschaltung 20 mit den Widerstanden
22 und 24, von denen der Widerstand 24 als einstellbarer Widerstand ausgebildet
ist Die Kathode des Thyristors 16 ist dabei mit Batteriespannung UB verbunden während
seine Anode über eine zweite Teilwicklung W2
der Primärwicklung
14 mit dem Verbindungspunkt des Transistors 12 und der ersten Teilwicklung W1 verbunden
ist.
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Ausserdem ist ein Zündgenerator 26 vorgesehen, der einen Eingangstransistor
28 aufweist, dessen Basis in üblicher Weise mit einer Steuerschaltung verbunden
ist. Der Emitter des Eingangstransistors 28 liegt an Bezugspotential, während sein
Kollektor über die Serienschaltung zweier Widerstände 30,32 mit Batteriespannungrverbunden
ist. Die Widerstände 30,32 bilden einen Basisspannungsteiler für einen Ausgangstransistor
34 des Zündgenerators 26, der im Gegensatz zu dem npn-Eingangstransistor 28 als
pnp-Transistor ausgebildet ist, dessen Basis an den Verbindungspunkt der Widerstände
30 und 32 angeschlossen ist, dessen Emitter an Batteriespannung UB liegt und dessen
Kollektor über einen Widerstand 36 an Bezugspotential liegt.
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Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 34
liegt die Serienschaltung eines Kondensators 38 und einer Diode 39, wobei letztere
mit ihrer Anode an Batteriespannung U3 liegt, während ihre Kathode, deren Verbindungspunkt
mit dem Kondensator 38 den Ausgang des Zündgenerators 26 darstellt, über einen Widerstand
40 mit der Gate-Elektrode des Thyristors 16 verbunden ist.
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Die bisher beschriebenen Schaltungselemente sind mit Ausnahme des
Spannungsteilers 18,20 in dieser oder ähnlicher Form auch bei den bekannten Transistor-Spulen-Zündanlagen
mit getakteter Stromregelung erforderlich. Sie ermöglichen das alternierende Leitendsteuern
des als Unterbrecher dienenden Transistors 12 und des Thyristors 16 nach Erreichen
einer vorgegebenen Stromstärke durch die Primärwicklung bzw. deren Teilwicklung
W1, wobei eine der Stromstärke entsprechende Spannung über dem
Widerstand
10 abgegriffen werden kann. Das Leitendsteuern und Sperren des Transistors 12 -
üblicherweise ein Darlington-Leistungstransistor - und des Thyristors 16 erfolgt
dabei im Gegentakt, d.h. derart, dass jeweils der eine dieser beiden Schalter sich
im leitenden Zustand befindet, wenn der andere gesperrt ist und umgekehrt.
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Erfindungsgemäss ermöglicht nun der Spannungsteiler 18,20 an seinem
Abgriff dem Schaltungspunkt 42 die Erzeugung einer Spannung, welche zur Spannung
an der Anode des Thyristors 16 proportional ist. Diese Spannung wird der Ausgangsseite
eines Diacs 44 zugeführt, dessen anderer Anschluss einerseits über einen Widerstand
46 an Bezugspotential und andererseits an der Basis eines zweiten Eingangstransistors
48 für den Zündgenerator 26 liegt, wobei der zweite Eingangstransistor 48 als npn-Transistor
ausgebildet ist und mit seinem Emitter an Bezugspotential liegt, während sein Kollektor
unmittelbar mit dem Kollektor des ersten Eingangstransistors 28 der Zündschaltung
26 verbunden ist.
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Die in der Zeichnung dargestellte Zündanlage arbeitet wie folgt: Unter
der Voraussetzung, dass der Strom in der Primärwicklung 14 im Verlauf eines vorausgegangenen
Zündvorganges im wesentlichen bis auf Null abgeklungen ist, beginnt bei Ansteuerung
des als Unterbrecher dienenden Transistors 12 durch die Steuerschaltung in dem Sinne,
dass dieser Transistor 12 voll leitend gesteuert wird, ein Strom über den ersten
Wicklungsteil W1, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 12 und den Ei'oder
stand 10 zu fliessen. Dieser Strom steigt wegen der bei Transistor-Zündanlagen im
allgemeinen niedrigen Induktivität der
Zündspule und im vorliegenden
Fall zusätzlich wegen der Teilung der Primärwicklung 14 in zwei Wicklungsteile W1
und W2 verhältnismässig schnell an und erreicht rasch einen Wert, bei dem der Strom
durch den Widerstand 10 eine Spannung über diesem Widerstand zur Folge hat, die
am transistorseitigen Ende des Widerstandes 10 an einem Schaltungspunkt 50 abgreifbar
ist, über den die Steuer schaltung zu einer Sperrung des Transistors 12 veranlasst
wird. Gleichzeitig liefert die Steuerschaltung ein Durchschaltsignal an den Eingangstransistor
28 des Zündgenerators 26, durch welches dieser Eingangstransistor 28 leitend gesteuert
wird und nunmehr der Basis des Ausgangstransistors 34 des Zündgenerators 26 mit
Hilfe des Spannungsteilers 30,32 einen Basisstrom zuführt, durch den der Ausgangstransistor
34 ebenfalls leitend gesteuert wird. Die voll leitende Kollektor-Emitter-Strecke
des Ausgangstransistors 34 stellt praktisch einen Kurzschluss zu der Serienschaltung
der Diode 39 und des Kondensators 38 des Zündgenerators 26 dar, über den der Kondensator
38, der zuvor im wesentlichen auf die Batteriespannung UB aufgeladen war, zur Abgabe
eines Zündimpulses an seiner der Kathode der Diode 39 zugewandten Platte veranlasst
wird, wobei dieser Zündimpuls, da die Diode 39 für ihn in Sperrichtung gepolt ist,
über den Widerstand 40 der Gate-Elektrode des Thyristors 16 zugeführt wird, dessen
Anoden-Kathoden-Strecke hierdurch leitend gesteuert wird und nunmehr zusammen mit
den Wicklungsteilen W1 und W2 der Primärwicklung 14 einen geschlossenen Stromkreis
bildet, der nur einen sehr geringen ohm'schen Widerstand aufweist. In diesem geschlossenen
Stromkreis fliesst nunmehr ein Strom, der dem beim Sperren des Transistors 12 durch
den ersten Wicklungsteil W1 der Primärspule 14 fliessenden Strom proportional ist
und wegen des geringen ohm'schen Widerstandes nur langsam abklingt.
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Nach einem vorgegebenen Zeitintervall, welches durch ein Zeitglied,
insbesondere ein Mono-Flop, bestimmt wird, welches beim Sperren des Transistors
12 gesetzt wird, wird der Transistor 12 erneut leitend gesteuert, während gleichzeitig
der Thyristor 16 gesperrt wird. Das vorgegebene Zeitintervall ist dabei so gewählt,
dass der Strom in der Primärwicklung 14 nicht unter einen Wert absinken kann, der
für die Erzeugung eines kräftigen Zündfunkens noch ausreichend ist Ferner erfolgt
die Sperrung des Thyristors 16 dadurch, dass dessen der Teilwicklung W2 zugewandterAnode
bei voll leitendem Transistor 12 das zuvor positive Potential entzogen wird. Der
Strom fliesst nunmehr wieder über die erste Teilwicklung W der Primärspule 14 über
die Kollektor Emitter-Strecke des Transistors 12 und den Widerstand 10, bis an dem
Schaltungspunkt 50 erneut eine Spannung ansteht, die anzeigt, dass ein vorgegebener
Strom durch die Primärwicklung 14 erreicht ist, woraufhin die vorstehend beschriebenen
Vorgänge nunmehr beginnend mit der Sperrung des Transistors 12 erneut zyklisch ablaufen,
und zwar bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem bei gleichzeitiger Sperrung des Transistors
12 und des Thyristors 16 ein Zündimpuls auf der Sekundärseite der Zündspule ausgelöst
wird.
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Wenn nun zur Auslösung eines Zündfunkens sowohl der als Unterbrecher
dienende Transistor 12 als auch der einen Hilfsschalter darstellende Thyristor 16
beide gesperrt, doho in den nichtleitenden Zustand gebracht werden, dann baut sich
über der Primärwicklung 14 aufgrund der plötzlichen Stromänderung in bekannter und
für die Erzeugung eines Zündfunkens erforderlicher Weise eine hohe Induktionsspannung
auf, die in die Sekundärwicklung der Zündspule transformiert und dort normalerweise
zur Erzeugung eines Zündfunkens verwendet wird0 Wenn nun aber
auf
der Sekundärseite der Zündspule statt der Kapazität, für die die Zündanlage dimensioniert
ist, aufgrund einer Störung, beispielsweise weil ein Zündkabel abgefallen ist, eine
wesentlich niedrigere Kapazität wirksam ist, dann steigt die Induktionsspannung
über der Primärwicklung 14 auf höhere Werte als sie bei der Schaltungsdimensionierung
angenommen wurden, so dass die Grenzsperrspannung des Thyristors 16 überschritten
werden kann, was ohne die erfindungsgemäss getroffenen Schutzmassnahmen eine Zerstörung
desselben zur Folge hätte.
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Erfindungsgemäss ist der Thyristor 16 gegen extreme Uberspannungen
an der Primärwicklung 14 dadurch geschützt, dass am Abgriff 42 des Spannungsteilers
18,20 eine zur Anodenspannung des Thyristors 16 proportionale Spannung wirksam wird,
die bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungspegels den Diac 44 leitend steuert,
wodurch der zweite Eingangstransistor 48 des Zündgenerators 26 und damit dessen
Ausgangstransistor 34 leitend gesteuert werden, woraufhin der Gate-Elektrode des
Thyristors 16 von dem Kondensator 38 über den Widerstand 40 ein Zündimpuls zugeführt
wird, der den Thyristor 16 leitend steuert, so dass in dem niederohmigen Stromkreis
aus dem Thyristor 16 und der Primärwicklung 14 ein Strom fliessen kann, durch den
der Anstieg der Induktionsspannung über der Primärwicklung 14 beendet wird, ehe
ein Spannungspegel erreicht wird, der zu einem Durchschlagen des Thyristors 16 hätte
führen können. Der Strompfad über dem Thyristor 16 wird also so frühzeitig geöffnet,
dass das Auftreten gefährlicher Überspannungen vermieden wird. Dabei versteht es
sich, dass anstelle eines Diacs 44, wie beim Ausführungsbeispiel, auch andere Schaltelemente
mit Schwellwertcharakter eingesetzt werden können, beispielsweise Senerdioden. Wichtig
ist nur, dass die Gefahr des Auftretens einer
gefährlichen Überspannung
rechtzeitig erkannt wird und dass dann der Thyristor 16 leitend gesteuert wird.
Auf diese Weise erhält man mit relativ geringem Aufwand einen sicheren Schutz des
Thyristors 16, so dass die Zündanlage nach Behebung der Störung auf der Sekundärseite
wieder voll funktionsfähig ist.
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Die Schutzfunktion lässt sich also auch mit einer Zenerdiode erreichen,
die über eine Triggerschaltung den Zündgenerator steuert oder beispielsweise auch
mit einer Reihenschaltung mehrerer Dioden.
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L e e r s e i t e