DE2951223A1 - Vorrichtung zur zuendsteuerung von verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Zündsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen ηιϊΐ Funkenzündung, wie sie bei Verbrennungskraftmaschinen Verwendung finden.

Es ist beispielsweise durch die FR-PS 73 06 238 und 2 298 012 zur Verminderung der Luftverunreinigung bekannt, für eine bessere Verbrennung des Brenngemisches in einer Verbrennungskraftmaschine dadurch zu sorgen, daß man die Funkenzündung an der Zündkerze über einen mehr oder weniger großen Zeitraum des Taktes jedes Motorzylinders verlängert. Nach der FR-PS 73 06 238 ist auch vorgesehen, die Verbrennung auf diese Weise zu verbessern und für eine komplementäre Nachverbrennung zu sorgen, indem man Luft in den Zylinder nach der eigentlichen Zündphase einbläst.

Nach der genannten FR-PS 2 298 012 verwendet man eine Vorrichtung zur Ermittlung der Augenblicke des Beginns der Zündung in jedem Zylinder, wobei diese Vorrichtung das Anschwingen eines Oszillators großer Leistung steuert, der seinerseits seine Energie an die Zündkerze(n) vermittels einer Spule überträgt. Im Prinzip wiederholt sich das Auftreten des Funkens an der Zündkerze dann im Rhythmus der Oszillatorfrequenz während der Verbrennungsphase oder eines Teils hiervon im betrachteten Zylinder.

Die genannte Patentschrift präzisiert, daß der Leistungsoszillator eine gewisse Anzahl von Charakteristiken aufweisen soll, deren wichtigste die Schnelligkeit im Ansteigen und Absinken der Amplitude der Spannung ist, welche der Oszillator bei stationärem Lauf liefern soll. Dies ist nämlich wesentlich, damit die Zündkerze

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sofort beginnt zu einem genauen Augenblick während jedes Zyklus durchzuschlagen, d.h., wenn, unter Berücksichtigung der Vorzündung das Gemisch zu brennen anfangen soll.

Ein solcher Oszillator ist aber extrem schwierig in der Verwirklichung; der mit einer solchen Zündvorrichtung ausgestattete Oszillator kann praktisch nicht korrekt arbeiten, insbesondere in Bereichen hoher Motordrehzahlen, und zwar genau aufgrund der Tatsache, daß die Zeit im Amplitudenanstieg der Spannung des Oszillators zulang ist und daß im übrigen die Relaxationsphänomene eine schnelle Wiederherstellung des nicht schwingenden Zustands des Oszillators untersagen.

Die in der genannten Patentschrift beschriebene Vorrichtung weist im übrigen den Nachteil auf, daß sie nicht eine ausreichend hohe Spannung liefern kann, um den Funken an der Zündkerze während eines Zeitintervalls aufrechtzuerhalten, daß dem Bereich höchsten Druckes im Zylinder entspricht (Augenblick der Explosion und unmittelbar anschließender Zeitraum). So ist es nicht möglich, merklich die Verbrennung der nicht verbrannten Bestandteile nach der Explosion zu erhöhen; der Funke geht meist aufgrund des hohen Druckes aus und kann nur stark verzögert in der Verbrennungsphase des Zyklus wieder zünden.

Die in der genannten Patentschrift beschriebene Zündvorrichtung kann also nicht merklich den Verunreinigungsindex der Auslaßgase eines mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteten Motors verbessern.

Durch die Erfindung soll eine Zündvorrichtung vorgeschlagen werden, die in der Lage ist, den Funken an der Zündkerze nach Wahl mit oder ohne Unterbrechung bis nach der Verbrennungsphase zu verlängern, d.h., gegebenenfalls praktisch bis zum Ende der Auslaßphase und mit großer Genauigkeit den Beginn der Funkenerzeugung im Zylinder zu bestimmen, wobei

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genau die gewünschte Vorzündung berücksichtigt wird und die Funkenzündung selbst während der Periode ftöchsten
Drucks im Zylinder aufrechterhalten wird.

Hierzu geht die Erfindung aus von einer Zündvorrichtung für Verbrennungsmotoren, die mit oder ohne zusätzliche
Lufteinführung während jedes Verbrennungszyklus des
Motors die Funkenerzeugung an wenigstens einer Zündkerze während ein oder mehrerer gegebener verlangter Perioden dieses Zyklus sicherstellt, und zwar während einer oder mehrerer gegebener verlängerter Perioden dieses Zyklus, die bis zum Ende der Auslaßphase gehen können; hierzu
weist die Vorrichtung auf: einen Detektor zur Erzeugung während jedes Verbrennungszyklus und gegebenenfalls
unter Berücksichtigung der gewünschten Vorzündung einerseits eines Signals für den Zündbeginn und andererseits eines Signals zur Aufrechterhaltung der Zündung, das sich über die verlängerte Periode(n) des Zyklus erstreckt und mit einem Hochspannungsgenerator, der selektiv an jede
Kerze des Motors einen Spannungswellenzug während dieser oder diesen Perioden legt. Die Erfindung zeichnet sich
aus durch einen Steueroszillator zur Erzeugung eines
Taktsignals von der Frequenz dieser Spannungswelle
und durch einen Zerhackerkreis für Gleichstrom des
Hochspannungsgenerators, gesteuert durch das Taktgebersignal, wobei in den Speisekreis der Zündkerzen während der oder den gegebenen Perioden unter der Steuerung dieses Detektors Strom geliefert wird.

Aus diesen Charakteristiken resultiert ein erheblicher
Vorteil, der in der Tatsache zu sehen ist, daß zur
Erzeugung der Hochspannung ein kontinuierlicher Gleichstrom zerhackt wird, bei dem Übergangsschwingungen oder Ausgleichszustände bei jedem Zerhackervorgang praktisch

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nicht auftreten, da der Steueroszillator geringer Leistung permanent arbeitet. Es ist so möglich, unter Verwendung von Halbleiterbauteilen, die in der Lage sind, bei einer erhöhten Frequenz umzuschalten, für die Frequenz der Zündspannungswelle einen Wert, der 20 kHz oder mehr erreichen kann, zu wählen. Da im übrigen das Zerhacken des Stroms jedesmal fast augenblicklich erfolgt, wird es möglich, mittels einer logischen Steuerschaltung beispielsweise jede Spannungswelle im genauen Augenblick im Verbrennungstakt, zu dem der Funkenzug im Motor einsetzen soll, anschwingen zu lassen.

Nach einer vorzugsweisen ersten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Zündvorrichtung für jede Zündkerze des Verbrennungsmotors einen Stromzerhackerkreis, der mit einem eigenen Speisekreis für diese Zündkerze verbunden ist, wobei der Steueroszillator sowie der Detektor selektiv mit jedem Zerhackerkreis über eine logische Steuerschaltung verbunden sind.

Nach einer anderen Ausführungsform umfaßt die Zündvorrichtung einen einzigen Stromzerhackerkreis sowie eine logische Steuerschaltung, die unter der Wirkung des Oszillators und des Detektors zur Steuerung dieses Zerhackerkreises führt, wobei ebenfalls ein Verteilerkreis zwischen Oszillator und jeden der Speisekreise der Motorzündkerzen gelegt ist.

Die Bildung des Plasmas läßt sich aber nach einer dritten Ausführungs form auch durch die Turbulenz der Gase im Innern des Zylinders erreichen, vorausgesetzt, daß der elektrische Hochspannungsbogen an den Kerzen aufrechterhalten wird.

Wie in der FR-PS 73 06 238 (und teilweise in der vorliegenden Anmeldung) dargelegt, soll die Zündkette die Aufrechterhaltung dieses Lichtbogens selbst bei den höchsten im Zylinder im Augenblick der Explosion herrschenden Drücken ermöglichen, wobei dies wenigstens

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bis zum Ende der Entspannungsphase geschehen soll. Versuche haben gezeigt, daß der permanente elektrische Bogen zu einem Plasma von etwa 8 bis 10 mm durch die Turbulenz der Gase im Innern des Zylinders führt.

Das permanente Plasma ermöglicht es, die Verbrennung aufrechtzuerhalten und die Funkenlöschungsverarmungsgrenze zu verzögern. Je stärker das Plasma, desto besser wird natürlich die Verbrennung.

Im übrigen bevorzugt man ein permanentes Plasma gegenüber einem sequentiellen, da es zum Wiederzünden des Bogens notwendig ist eine Oberspannung zu besitzen, die proportional zu dem Druckniveau im Zylinder wird.

Nach der FR-PS 73 06 238 wird das Anfangsplasma zwar durch eine Luftquelle außerhalb des Motors erhalten; diese Luft hat aber auch andere Funktionen, da sie die Verbrennungsgase oxydiert

völlig die Restgase im Zylinder (besserer Füllkoeffizient) abzieht und

die Turbulenzen im Zylinder aktiviert.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Zündvorrichtung nach der Erfindung, insbesondere des Stromzerhackerkreises;

Fig. 2 ein vereinfachtes Schema einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Zündvorrichtung;

Fig. 4 einen Axialschnitt durch ein Detektorbeispiel, welches sich in der Zündvorrichtung nach der Erfindung verwenden läßt;

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Fig. 5 eine Detaildarstellung des Detektors, wobei in der Draufsicht eine Scheibe zur Herstellung von Steuersignalen gezeigt ist;

Fig. 6 eine genauere schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 ein Zeitdiagramm der Arbeitsweife der Zündvorrichtung der Fig. 6;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Herstellung eines Funkens sowie die Druckkurve in dem Zylinder eines Verbrennungsmotors zeigt, wobei dieses Diagramm mit der Vorrichtung der Fig. 6 erhalten wurde; und

Fig. 9 ein Diagramm analog dem der Fig. 8 zur Darstellung einer Variante der Erfindung, wonach jeder Zyklus zwei aufeinanderfolgende Perioden der Funkenerzeugung umfaßt.

Pie Zündvorrichtung nach der Erfindung läßt sich in einem Verbrennungsmotor mit einer beliebigen Anzahl von Zylindern einsetzen, obwohl die folgende Beschreibung nur anhand eines Vierzylindermotors gegeben wird. Die Zündvorrichtung nach der Erfindung kann sowohl in Motoren mit Funkzündung (Benzinmotoren) oder Dieselmotoren verwendet werden, wobei im letzteren Fall eine Nachverbrennung in der oder den Zylindern dieses Motors sichergestellt wird.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaubild der Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Steueroszillator 1, der ein auf Hochfrequenz pulsierendes Signal erzeugt, dessen Wert vorzugsweise über 10 kHz liegt. Dieser Oszillator, der nur eine vergleichsweise sehr geringe Leistung aufweist, schickt positive und negative Impulse über eine logische Schaltung 2 an einen Spannungszerhackerkreis 3. Die logische Schaltung 2 wird von einem Detektor 4 gesteuert, der dazu bestimmt ist. Signale zu erzeugen, die repräsentativ für di2 Stellungen der Kolben in den Zylindern des Motors sind. Im übrigen überträgt die logische Steuerschaltung

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über eine Leitung 5 ein Zündsteuersignal auf einen Speisekreis 6 der Zündkerze(n) des Motors, wobei das Steuersignal im Detektor 4 erzeugt wird, indem die erforderliche Zündvoreilung als Funktion des Arbeitsbereichs bzw. des Drehzahlbereichs des Motors gewählt wird.

Die zur Erzeugung von Funken an der Zündkerze 7 notwendige Energie wird im Stromzerhackerkreis 3 erhalten, der von einer Gleichstromquelle 8 gespeist wird. Diese gehört beispielsweise zu einem mit der Vorrichtung nach der Erfindung ausgestatteten Kraftfahrzeug. Der Zerhackerkreis 3 arbeitet im Rhythmus der durch den Steueroszillator 1 gelieferten Signale. Er umfaßt nach diesem Beispiel einen Satz von zwei schnell umschaltenden Transistoren 9 und 10, deren Basen jeweils durch die direkten und komplementären Impulse des aus dem Steueroszillator 1 kommenden Signals gesteuert sind. Selbstverständlich kann die Schaltung auch asymmetrisch aufgebaut sein.

Die Kollektor-Emitterkreise der Transistoren 9 und 10 sind zwischen Masse und Primärwicklung 11 eines Aufwärtstransformators 12 parallelgeschaltet, wobei letzterer symmetrisch durch die Gleichstromquelle 8 gespeist ist; sein Mittelabgriff 13 ist mit dem positiven Pol dieser Quelle verbunden. Eine Schutzdiode 14, 15 ist jeweils parallel zu den Kollektor-Emitterschaltungen der Transistoren 9 und 10 gelegt. Ein Vorspannungswiderstand 16 und ist jeweils zwischen deren Basis und Emitter gelegt.

Selbstverständlich ist der beschriebene Zerhackerkreis nur als ein Beispiel mit zahlreichen möglichen Varianten anzusehen , wobei das dargestellte Beispiel aufgrund der Tatsache seiner Einfachheit und Verläßlichkeit vorteilhaft ist.

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Die beschriebene Schaltung ermöglicht es, zwischen den Elektroden der Zündkerze 7 eine Funkenstrecke herzustellen, deren Länge, Beginn und Ende durch den Detektor 4 bestimmt sind und die durch ein oder mehrere Wellenzüge hoher Spannung erzeugt ist, welche an den Klemmen der Sekundärseite 17 des Aufwärtstransformators 12 auftritt. Der Beginn dieses Spannungswellenzugs oder der Beginn des ersten Wellenzugs, d.h. seine erste Doppelschwingung, weist ohne weiteres den zur Erzeugung eines Funkens an der Zündkerze 7 erforderlichen Wert auf, da der durch die Transistoren 9 und 10 erhaltene Schalteffekt keine merkliche Verzögerung bei jeder Doppelschwingung erfährt. Schließlich kann man mit sehr großer Genauigkeit den Augenblick des Zündbeginns im Zylinder des Motors bestimmen und den Funken während der gesamten gewünschten Dauer verlängern, um die volle Gemischverbrennung mit oder ohne Unterbrechung zu erhalten.

Die so ausgelegte Schaltung ermöglicht es auch, in beachtlicher Weise den Wert der Spannung an der Zündkerze dank des Vorhandenseins des Aufwärtstransformators und dank des Speisekreises 6 zu erhöhen, von dem eine genauere Beschreibung im folgenden gegeben wird. Nach einer spezifischen Ausführungsform kann die Spannung bis zu 50 kV gehen, was es ermöglicht, den Funken an der Zündkerze aufrechtzuerhalten, und zwar selbst während der Taktperiode entsprechend der Spannungsspitze maximaler Kompression. Diese Druckspitze , die bei den üblichen Zündsystemen eine Nachverbrennung des nicht verbrannten Gemisches nach der Zündphase des Taktes verhinderte, wird völlig mit der Schaltung nach der Erfindung überwunden. Im übrigen läßt sich die Zündvorrichtung, deren Prinzip gerade dargelegt wurde, zusammen mit komplementärer Lufteinblasung entsprechend den Anordnungen nach der FR-PS 73 06 238 verwenden. Der Wert der verwendeten Spannung

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kann bis zu 100 kV oder darüber gehen; der Luftspalt der bei dieser Vorrichtung verwendeten Zündkerze wird optimiert als Funktion des maximal im Zylinder erhaltenen Druckniveaus. Beispielsweise kann man für eine Spannung von 50 kV und Drücke im Zylinder in der Größenordnung von 50 bar im Augenblick der Explosion einen Luftspalt von 1,4 mm wählen.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Zündvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform. Es handelt sich hier um eine Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit vier Zylindern und Zündkerzen 7a bis 7d. Diese sind jeweils an vier eigene Speisekreise 6a bis 6d gelegt, die selbst mit vier verschiedenen Trenn- oder Zerhackerkreisen (frz.: circuits de decoupage) 3a bis 3d verbunden sind. Eine logische Schaltung 2 sorgt gleichzeitig dafür, daß auf die vier Kreise 3a bis 3d Signale übertragen und verteilt werden, die aus dem Detektor des Steueroszillators 1 stammen.

Nach der Ausführungsform der Fig. 3 ist nur ein einziger Zerhackerkreis 3 (circuits de decoupage) nach Fig. 1 vorgesehen; in diesem Fall ist der Ausgang des Kreises gemeinsam an vier Speisekreise 6a bis 6d gelegt, die nach der gewünschten Zündfolge, gesteuert durch die logische Schaltung 2, über vier Anschwingkreise 19a bis 19d ausgelöst werden, die j ewei Is den vier Speisekreisen 6a bis 6d zugeordnet sind. Der Kreis der Fig. 3 wird genauer mit Bezug auf die Figuren 6 und 7 beschrieben werden.

Die Figuren 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines in der Vorrichtung nach der Erfindung verwendeten Detektors. Die dargestellte Vorrichtung ist vorzugsweise entwickelt aus einer klassischen Zündvorrichtung mit auf dem Fachgebiet bekannten platinierten Schrauben, die

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erfindungsfunktionell modifiziert sind. Er umfaßt ein festes Gehäuse 20, in welchem drehbar eine Welle 21 gelagert ist, die synchron mit dem Verbrennungsmotor dreht. Diese Welle 21 kann über zwei Einrichtungen 23 und 24 ein Drehorgan 22 antreiben, das eine Winkelverschiebung zwischen der Welle 21 und dem Drehorgan 22 jeweils als Funktion der Drehgeschwindigkeit der Zündvorrichtung (Motordrehzahl) und als Funktion des in der Ansaugleitung des Motors herrschenden Unterdrucks bewirkt. In an sich bekannter Weise sind die Vorrichtungen 23 und 24 dazu bestimmt, die Vorzündung als Funktion der Motordrehzahl sicherzustellen.

Das Drehorgan 22 ist fest mit einer Scheibe 25 (Fig. 5) verbunden, die einem festen Bügel 26 zugeordnet ist, der einen kleinen Winkelteil seines Umfangs übergreift und sich radial über ein Stück erstreckt, das im beschriebenen Beispiel drei Signalspuren 27, 28 und 29 entspricht. Die Scheibe ist beispielsweise aus einem opaken Material hergestellt; die Signale werden durch transparente Bereiche, wie man in Fig. 5 erkennt, materialisiert. Der Bügel 26 (etrier) trägt gegenüber jeder Spur einerseits eine Fotolumineszenzdiode 30 und andererseits auf der gegenüberliegenden Seite einen fotoelektrischen Detektor 31, die paarweise zusammenwirken, um Signale als Funktion der Konfiguration der Spuren 27, 28 und 29 zu liefern. Die äußere Spur 27 umfaßt nach einer ersten Variante 4 transparente im Winkel um 90° versetzte Bereiche, die jeweils zu den vier Zylindern des Motors gehören und die hier den Augenblick des Zündbeginns bestimmen, gegebenenfalls mit der gewünschten Zündvoreilung.

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Die Spuren 28 und 29 bestehen jeweils aus einem transparenten sich praktisch über 90° erstreckenden Bereich. Sie liefern durch die Binärkonfiguration Signale, die sie in den Fotodetektoren 31 erzeugen; vier Steuersignale erstrecken sich für jeden Zylinder über praktisch 180 , gerechnet vom Zündaugenblick (90 Winkelgrad der Scheibe 25). Man kann so den Zündbeginn, die Länge der Funkenstrecke in jedem Zylinder und auch die Zündgrößenordnung in den vier Zylindern des Motors bestimmen.

Die hierzu notwendigen Steuersignale können anders erzeugt werden, sei es auf optisch-elektronische, magnetische oder andere Weise; im übrigen kann die Anpassung an Motoren mit einer unterschiedlichen Anzahl von Z-ylindern leicht als Funktion des an sich bekannten Zündschemas vorgenommen werden.

In Fig. 6 ist ein genaueres Schema der Zündvorrichtung der Fig. 3 gegeben. Man erkennt dort als wesentliche Bauteile den Steueroszillator 1, die logische Schaltung 2, den Zerhackerkreis 3, den Detektor 4, der hier der mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 beschriebene ist; die Speisekreise 6aund 6d sowie die Anschwing- oder Kippkreise 19a bis 19d. Zur Vereinfachung der Figur sind die Kreise 6a bis 6d und 19b bis 19d nicht genauer dargestellt worden.

Der Detektor 4 weist drei Ausgänge 32a bis 32c auf, deren Zustände jeweils den Konfigurationen der Spuren 27 bis entsprechen und die durch die Fotodetektoren 31 erzeugt sind. Die drei Ausgänge 32a bis 32c sind über Verstärkerschaltungen 33 mit einem Totspeicher 34 oder einer Schaltlogik verbunden, welche die verschiedenen Signale, die sie empfängt, auf ihre Ausgänge als Funktion ihrer ein für allemal bei der Konstruktion der Vorrichtung hergestellten inneren Verkabelung verteilt.

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Der Steueroszillator 1 umfaßt einen eigentlichen Schwingteil 35, der sich aus zwei Verstärkern 36, einem vorzugsweise variablen Widerstand 37 und einem in Rückkopplung geschalteten Kondensator 38 zusammensetzt. Der Ausgang dieses Oszillatorteils 35 wird an einen Signalformungskreis 39 gegeben, der gebildet wird durch eine Kippschaltung vom Typ J-K, deren Ausgangssignal aus einem Zug oder einer Kette von Wechselstromimpulsen (impulsions alternatives) mit einer Steuerfrequenz von beispielsweise 20 kHz besteht (siehe Kurve D in Fig. 7). Der inverse Ausgang Q der Kippschaltung 39 bildet das Taktsignal für den Totspeicher Der direkte Ausgang Q der Kippschaltung 39 ist mit einem durch sechs teilenden Zähler mit dem Bezugszeichen 40 verbunden.

Die Frequenz des Steueroszillators kann konstant oder variabel als Funktion mehrerer Parameter sein, wie beispielsweise der Motordrehzahl, indem man den Widerstandswert 37 einem solchen Parameter durch übliche Einrichtungen zuordnet.

Der Totspeicher 34 ist dazu bestimmt, die empfangenen Signale auf sechs Leitungen 41 bis 46 zu lenken, von denen die Leitungen 41 und 42 dazu bestimmt sind, die jeweilige Basis der Transistoren 9 und 10 des Zerhackerkreises 3 zu steuern. Die Leitungen 43 bis 46 übertragen Signale in Zündgrößenordnung, die eine Funktion der Konfiguration der erzeugten Signale an den Ausgängen 32b und 32c des Detektors 4 sind. Sämtliche Leitungen 41 bis 46 sind jeweils mit Verstärkern 47 verbunden. Die zu den Signalen in Zündgrößenordnung gehörenden Verstärker sind mit zusätzlichen Verstärkern 48 verbunden, die das Signalniveau auf dasjenige bringen, welches zur Steuerung

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der Anschwingkreise 19a bis 19d notwendig ist.

Die Sekundärseite 17 des Transformators 12, die den Ausgang des Zerhackerkreises 3 bildet, ist über einen Kondensator 49 mit einer Verteilerleitung 50 verbunden, die über eine Diode 51 an Masse gelegt ist und weiterhin mit den vier Anschwingkreisen 19a bis 19d durch Dioden 52 verbunden, die bezüglich der Diode 51 gegengeschaltet sind. Die aus Kondensator 49 und Diode 51 bestehende Anordnung sowie jede der Dioden 52 bilden einen Spannungsverdoppler, der die Ausgangsspannung der Sekundärseite 17 auf das Doppelte ihres Wertes bringt.

Jede Diode 52 ist mit der Reihenschaltung eines Kondensators 53 sowie der Primärseite einer Spule 54 verbunden, an deren Sekundärseite jeweils eine Zündkerze 7a bis 7d liegt. Die Diode 52 ist auch mit der Anode eines Silicium gesteuerten Gleichrichters 55, beispielsweise eines Thyristors,verbunden, dessen Kathode mit der Masse und dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang einer der Verstärker 48 jeweils verbunden ist.

Die Arbeitsweise der Zündvorrichtung nach Fig. 6 ist die folgende (Fig. 7).

Der Steueroszillator 1 erzeugt dauernd ein Steuersignal (Kurve D, Fig. 7), welcnes in gleiche Perioden von sechs doppelten Wechseln (t , t.. , t~ ···) durch den Teiler geteilt wird. Die Frequenz des Steuersignals beträgt beispielsweise 20 kHz.

Das in Fig. 7 dargestellte Verfahren entspricht der Arbeitsweise einer der Kreise 19a bis 19d, das der anderen Kreise ist identisch.

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Die Gesamtheit der Kreise ist so aufgebaut, daß die Spannung der Leitung 50 dauernd auf ihren Maximalwert (56, Kurve A, Fig. 7) hergestellt wird, trotz des wiederholten Anmasselegens, das aufgrund des Ö'ffnens eines der Thyristoren 55 erfolgt.

Angenommen sei, daß bei Ende der Periode t die Kerze 7a ausgelöst werden soll, wobei diese Reihenfolge durch Signale herbeigeführt wird, die aus den Ausgängen 32a bis 32c des Detektors 4 stammen.

In dem Augenblick, in dem der Zündbefehl am Ausgang 32c wegen des Vorbeigangs der entsprechenden Öffnung der Spur 27 zwischen Diode 30 und zugeordnetem Detektor 31 erfolgt, lenkt der Totspeicher diesen Befehl auf den entsprechenden Kreis zur Zündkerze 7a, beispielsweise als Funktion der Signale, die er von den Ausgängen 32a und 32b erhält. Im betrachteten Fall überträgt der Totspeicher 34 den Befehl über zugeordnete Verstärker 47 und 48 auf den Steuerbereich des entsprechenden Thyristors 44 (Impuls 57, Kurve B), was die Reihenschaltung aus Kondensator 53 und Primärseite der Spule 54 kurzschließt und hier die vorher im Kondensator 53 angesammelte Ladung entlädt. Diese Entladung führt zu einer ersten Spannungswelle 58, die zu einem Funken an der Kerze 7a führt. Beispielsweise kann man für die Spannung auf der Sekundärseite 17 einen Wert von 400 V beispielsweise wählen, der durch die Anordnung 49 - 51, 52 auf etwa 800 V verdoppelt wird. Die Spule kann definitiv die Spannung an der Kerze auf einen sehr hohen Wert (beispielsweise bis 50 kV) erhöhen.

In dem Augenblick, in dem der Zündbefehl kommt, beginnt der Teiler 40 zu zählen; der Zerhackerkreis 3 ist noch desaktiviert, da der Totspeicher 34 die Arbeitsweise untersagt, da er wartet, daß ihm der dritte vom Teiler 40 gezählte Impuls zugeführt wird. Nach diesem Zeitraum nimmt man an, daß

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der Thyristor 55 von neuem geschlossen ist; das Signal am Steuerbereich fällt weg und die Spannung an den Klemmen wird null. Im übrigen steuert der dritte Impuls das öffnen des Zerhackerkreises 3, welcher beginnt, Energie zu liefern, um den Kondensator 53 nachzuladen, der sich dann beispielsweise in drei Stufen 59 über drei Taktsignalperioden bis zum doppelten der Spannung auf der Sekundärseite 17 lädt. Da der Teiler dann bis 5 gezählt hat, verbleibt ein Impuls, währenddessen das Niveau der Spannung an der Leitung 50 aufrechterhalten wird (Ende der Periode t.,) .

Dann steuert der Totspeicher 34 von neuem das Auslösen des Thyristors 55 und ein neuer Funken schlägt an der gleiche'n Kerze 7a über, da die Signalkonfiguration an Ausgängen 32a und 32b nicht verändert wurde. Die Frequenz, bei der die Funken an eine Zündkerze während der Periode, wo sie in den Kreis eingeschaltet ist, gelangen, beträgt ein sechstel der Frequenz des Steuersignals oder zwanzig sechstel kHz; beispielsweise entspricht die Einschaltperiode etwa 180° des Zyklus des betrachteten Zylinders (90° der Scheibe 25 des Detektors).

Auch wird die Ladung der Kondensatoren 53 der Kreise 19b bis 19d durch die zugeordneten Dioden 52 aufrechterhalten, solange diese Kreise nicht über Thyristoren 55 aufgrund der Konfiguration der Signale an den Ausgängen 32a und 32b aktiviert sind.

An jeder Zündkerze 7a bis 7d wird also in der vom Motor geforderten Zündfolge ein Zug von Spannungswellen in der bei 58 in Fig. 7 gezeigten Form erzeugt, wobei diese bei voller Spannung sofort ausgelöst wird und die Dauer sich über praktisch 180° des Zylinderzyklus erstreckt.

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Fig. 8 zeigt ein Diagramm, auf dem gleichzeitig eine Kurve der Spannung und der Zündkerze und eine Kurve des Drucks eines Zylinders aufgetragen sind, an den die Zündvorrichtung nach der Erfindung gelegt ist.

Der Spannungswellenzug wird praktisch auf dem Maximalwert gehalten, selbst wenn der Druck im Zylinder seinen Maximalwert erreicht.

Durchgeführte Versuche mit der Zündeinrichtung nach der Erfindung an einem üblichen Kraftfahrzeug haben gezeigt, daß aufgrund der vollständigen Gemischverbrennung die Brennstoffeinsparung bei sonst gleichen Verhältnissen bis zu 8^?o,bezogen auf den gleichen Motor mit üblicher Zündeinrichtung, betragen kann.

Fig. 9 zeigt eine Variante der Maßnahme nach der Erfindung, bei der die Funkenerzeugung während eines gewissen Zeitintervalls unterbrochen wird, um dann wieder aufgenommen zu werden und die Zündung der nicht verbrannten Bestandteile und die Herbeiführung einer Nachverbrennung aufzunehmen.

Da die Funkenerzeugung in erster Linie durch die Signale der Spur 27 der Scheibe 25 (Fig. 5) ausgelöst wird, ist es sehr leicht, indem man transparente Bereiche 27a in diesem Zyklus vorsieht, nach Wunsch und gegebenenfalls mehrmals während des Zyklus die Funkenerzeugung zu unterbrechen .

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, 3λ:

Leerseite

Claims (11)

1. Bry-sur-Marne 94360

   Frankreich

   Vorrichtung zur Zündsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen

   PATENTANSPRÜCHE

   My Zündvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen bei der, gegebenenfalls unter Einführen von Zusatzluft in den Zylinder und während jedes Verbrennungstaktes Funken an wenigstens einer Zündkerze während einer oder mehrerer gegebener verlängerter Perioden dieses Taktes, gegebenenfalls bis zur Beendigung des Auslaßtaktes erzeugt werden, mit einem Detektor, der während jedes Verbrennungstaktes und gegebenenfalls unter Berücksichtigung der gewünschten Vorzündung einerseits ein Signal für den Zündbeginn und andererseits ein die Zündung aufrecht erhaltendes Signal erzeugt, das sich über die verlängerte(n) Periode(n) des Taktes erstreckt; und mit einem Hochspannungsgenerator, der selektiv an jede Kerze des Motors während der Periode(n) einen Zug von Spannungswellen legt, gekennzeichnet durch einen Steueroszillator (1), der ein Taktsignal

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   ORIGINAL INSPECTED

   mit der Frequenz dieser Spannungswelle erzeugt, wobei der Hochfrequenzgenerator einen Zerhackerkreis (3) für einen Gleichstrom umfaßt, der durch das Taktsignal gesteuert ist und in den Speisekreis (6) der Zündkerzen (7) während der oder den gegebenen Periode(n) unter der Steuerung durch den Detektor (4) Strom liefert,wobei die Vorrichtung derart ausgelegt ist, daß die zur Aufrechterhaltung des Funkens an der Zündkerze während der Verbrennungsphase gelieferte Spannung kompatibel mit dem oder eine Funktion des am besten eingestellten Elektrodenabstands sowie des höchsten im Zylinder herrschenden Druckniveaus wird.
2. 2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dieser Stromzerhackerkreis eine Anordnung eines schaltenden Halbleiterbauteils (9, 10) umfaßt, die durch den Steueroszillator (1) bei Betätigung durch den Detektor (4) ausgelöst wird, wobei das Bauteil mit der Primärseite (11) eines Aufwärtstransformator (12) verbunden ist, von dem ein Punkt (13) mit einer Gleichstromquelle (8) verbunden ist.
3. 3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerhackerschaltung symmetrisch aufgebaut ist und zwei jeweils mit den äußeren Klemmen der Primärseite (11) des Transformators (12) verbundene Halbleiterbauteile aufweist, während die Stromquelle (8) mit dem Mittelpunkt der Primärseite (11) verbunden ist.
4. 4. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Stromzerhackerkreis (3a bis 3d) für jede Zündkerze der Verbrennungskraftmaschine, der mit einem eigenen Speisekreis (6a bis 6d) für diese Zündkerze (7a bis 7d) verbunden ist, wobei der Steueroszillator sowie dieser Detektor (4) selektiv mit jedem Zerhackerkreis (3a bis 3d) über eine logische Steuerschaltung (2) verbunden ist.

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5. 5. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen einzigen Stromzerhackerkreis (3) sowie eine logische Steuerschaltung (2), die unter der Wirkung des Steueroszillators (1) und des Detektors (4) für eine Steuerung des Zerhackerkreises (3) und auch eines Verteilerkreises (19a bis 19d, 49, 51, 52) sorgt, der zwischen diesen Oszillator und jeden der Speisekreise (6a bis 6d) der Zündkerzen (7a bis 7d) des Motors gelegt ist.
6. 6. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß dieser Verteilerkreis für jeden Speisekreis (19a bis 19d) ein Auslöse- oder Anschwinghalbleiterbauteil 55 aufweist, das mit einer gemeinsamen· Verteilerleitung (50) verbunden ist, die ihrerseits an die Sekundärseite des Aufwärtstransformators (12) vermittels eines Blockiermittels (52) gelegt ist, welches den Rückfluß des Stroms in diese Leitung (50) verhindert; und daß die Steuerelektroden der Anschwing- oder Auslösemittel (55) mit der logischen Schaltung (2) so verbunden sind, daß diese während bestimmter Perioden für diesen Detektor (4) ausgelöst werden und für den Verbrennungstakt im Motor repräsentative Signale liefern.
7. 7. Zündvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die logische Steuerschaltung (2) Einrichtungen (34, 40) aufweist, um das periodische Auslösen jedes Auslöse- oder Anschwinghalbleiterbauteils (55) während der durch den Detektor (4) festgelegten Perioden sicherstellt.
8. 8. Zündvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das periodische Auslösen oder Anschwingen jedes Anschwing- oder Auslösehalbleiterbauteils (55) bei einer Frequenz durchgeführt wird, die ein Untervielfaches der Frequenz des Steueroszillators (1) ist.

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9. 9. Zündvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Verteilerkreis (19a bis 19d) eine Spannungsverdopplungseinrichtung (49, 51) umfaßt, die mit der Sekundärseite (17) des Aufwärtstransformators (12) verbunden ist.
10. 10. Zündvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Detektor (4) mehrere Signale liefert, von denen ein jedes charakteristisch für einen bestimmten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine ist, wobei jedes Signal eine Dauer aufweist, die in etwa 180° des Taktes dieser Verbrennungskraftmaschine, gerechnet vom geforderten Zündaugenblick an, entspricht, wobei gegebenenfalls die Vorzündung Berücksichtigung findet.
11. 11. Anwendung der Zündvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf einen Dieselmotor als Zündsystem, welches für eine Nachverbrennung in dem oder den Zylinder(n) dieses Motors sorgt.

    030027/0784