DE3737781A1 - Zuendanlage fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Zuendanlage fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündanlage für eine
Brennkraftmaschine und betrifft insbesondere eine Zündanlage,
bei der ein Verteiler weggelassen ist und eine Serienfunken
strecke benutzt wird.
Eine typische Zündanlage für eine moderne Brennkraftmaschine
enthält eine Zündspule, einen Verteiler und Zündkerzen, je
doch sind Zündanlageneinheiten bekannt, bei denen für jeden
Zylinder der Maschine eine Zündspule vorgesehen ist und der
Verteiler weggelassen ist. Bei dieser Anlage ist es aber
erforderlich, die Zündspulen in der der Anzahl der Maschinen
zylinder entsprechenden Anzahl vorzusehen. Ferner ist es
bekannt, zum aufgeteilten Zuführen der Zündspannung von einer
einzigen Zündspule zu allen Zündkerzen eine Kombination aus
Transistoren und Dioden einzusetzen und auf diese Weise den
Verteiler wegzulassen. Ferner ist ein Kondensatorzündsystem
(CDI-System) bekannt, bei dem in Verbindung mit einem Vertei
ler ein Kondensator verwendet wird und die Zündspule wegge
lassen ist.
Das Kondensatorzündsystem wird hauptsächlich für Zweitakt-
Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen verwendet, da mit dem Kon
densatorzündsystem die für einen Funkenüberschlag mit kurzer
Funkendauer benötigte hohe Spannung erzeugt werden kann.
Beispielsweise darf bei einer Zweitakt-Sechszylinder-Brenn
kraftmaschine bei 6000 Umdrehungen/min das Verteiler-Zeitin
tervall für einen jeden Zylinder nicht mehr als 1,7 ms betra
gen. Mit dem Kondensatorzündsystem kann die benötigte Span
nung in einer derart kurzen Zeit erzeugt werden, während
dagegen ein Zündspulensystem für eine einzelne Funkenentla
dung eine Zeitspanne bis zu 5 ms benötigt.
Das Kondensatorzündsystem liefert jedoch verhältnismäßig
geringe Entladungsenergie, so daß daher ein Problem insofern
entsteht, als bei geringer Belastung der Maschine Fehlzündun
gen auftreten. In dieser Hinsicht ist es vorteilhaft, eine
Zündspule zu benutzen, die bei dem Abschalten des Primär
stroms einen Hochspannungsimpuls erzeugt. Die Verwendung
eines Verteilers in einer Zweitaktmaschine ist jedoch schwie
rig, da gemäß der vorstehenden Beschreibung die Zeit für die
mit dem Verteiler zugeteilte Zündspulenentladung nicht den
Forderungen entspricht. Daher kann es erforderlich werden,
eine Einheiten-Zündanlage mit je einer Zündspule für jeden
Zylinder der Maschine zu verwenden.
Bei der Zweitaktmaschine ergeben sich auch Probleme hinsicht
lich schwacher Funkenentladungen an den Zündkerzen.
In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52
1 56 241 und der geprüften japanischen Gebrauchsmuster-Veröf
fentlichung Nr. 56-16 799 ist eine Zündanlage mit einer Se
rienfunkenstrecke offenbart, die in Reihe zu der Entladungs-
Funkenstrecke der Zündkerze geschaltet ist. Die Serienfunken
strecke wird auf vorteilhafte Weise dazu benutzt, der Zünd
kerze statt einer allmählich ansteigenden Spannung eine
schlagartig ansteigende Hochspannung zuzuführen, wodurch eine
schwache Entladung verhindert wird, die auf Ablagerungen an
der Elektrode der Zündkerze zurückzuführen ist, welche einen
Kriechstrom zwischen der Elektrode und dem Körper der Zünd
kerze verursachen.
Daher wird in einer Zweitaktmaschine vorteilhaft das Serien
funkenstrecken-System zusammen mit dem Einheiten-Zündsystem
verwendet. Bei dieser Gestaltung muß jedoch die Zündspule
größer bemessen werden, da an der Serienfunkenstrecke selbst
Entladungsenergie verbraucht wird und daher die Zündspule
große Induktivität haben muß. Infolgedessen wird es schwie
rig, die vielen Zündspulen für die jeweiligen Zylinder an der
Maschine anzubringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Brenn
kraftmaschine eine Zündanlage zu schaffen, bei der sich der
herkömmliche Verteiler erübrigt und bei der den Zündkerzen
die Hochspannungsimpulse mittels einer verringerten Anzahl
von Zündspulen zugeführt werden. Dabei soll mit der Erfindung
eine Zündanlage geschaffen werden, bei der in Reihe zu der
Zündkerze eine Serienfunkenstrecke vorgesehen ist, um schwa
che Entladungen an der Zündkerze zu vermeiden.
Die erfindungsgemäße Zündanlage für eine Brennkraftmaschine
enthält eine Zündspule mit einer Primärwicklung und einer
Sekundärwicklung und eine Steuervorrichtung, die der Primär
wicklung selektiv Primärstrom in einander entgegengesetzten
Richtungen zuführt, um an der Sekundärwicklung jeweils Sekun
därspannungen mit einander entgegengesetzten Polaritäten zu
erzeugen. Die Sekundärwicklung ist an einem ersten Ende mit
Masse verbunden, während von dem zweiten Ende zwei Leitungen
bzw. Kabel abzweigen. An die Enden der beiden Leitungen sind
zwei Zündkerzen mit daran ausgebildeten Funkenstrecken ange
schlossen. In jeder der beiden Leitungen sind eine Vorrich
tung zum Bilden einer Serienfunkenstrecke in Reihe zu der
entsprechenden Funkenstrecke der Zündkerze und eine Diode
zwischen dieser Serienfunkenstrecken-Vorrichtung und dem
zweiten Ende der Sekundärwicklung angeordnet, an dem die
beiden Leitungen verzweigt sind. Die Dioden in den beiden
Leitungen sind zueinander entgegengesetzt gepolt, so daß die
mit einer Polarität erzeugte Sekundärhochspannung durch eine
der Dioden und die entsprechende Leitung und die mit der
Gegenpolarität erzeugte Sekundärhochspannung durch die andere
Diode und die zugeordnete Leitung hindurch gelangt, wodurch
bei dem selektiven Zuführen des Primärstroms jeweils ein
Funkenüberschlag an einer der beiden Zündkerzen hervorgerufen
wird.
Mit der auf diese Weise gestalteten Zündanlage kann ohne
einen herkömmlichen Verteiler die Hochspannung aus einer
einzelnen Zündspule zwei Zündkerzen zugeführt werden, wobei
die Serienfunkenstrecken-Vorrichtung dazu dient, eine schwa
che Entladung an der Zündkerze zu verhindern.
Vorzugsweise besteht die Primärwicklung aus einem ersten und
einem zweiten Wicklungsteil, die in Reihe zueinander geschal
tet sind, wobei an den mittigen Verbindungspunkt zwischen den
Wicklungsteilen eine aufladbare Batterie angeschlossen wird,
während die anderen äußeren Enden der Wicklungsteile selektiv
mit Masse verbunden werden, wodurch der Primärwicklung der
Primärstrom selektiv in den einander entgegengesetzten Rich
tungen zugeführt wird. Die Steuervorrichtung enthält vorzugs
weise Transistoren für das selektive Zuführen des Primär
stroms zu dem ersten und zweiten Wicklungsteil.
Die Zündkerze weist eine Mittelelektrode und eine Masseelek
trode auf, zwischen denen an dem unteren Teil der Zündkerze
die Funkenstrecke gebildet ist. Von der Mittelelektrode weg
erstreckt sich ein oberer Kopfanschluß, der von einer Auf
steckkappe abgedeckt wird. Die Serienfunkenstrecken-Vorrich
tung wird zweckdienlich in der Aufsteckkappe angebracht,
welche vorzugsweise einen Rohrkörper hat. In den Rohrkörper
werden der Endanschluß der Leitung und der Kopfanschluß der
Mittelelektrode einander derart gegenübergesetzt, daß dazwi
schen ein Zwischenraum gebildet ist, wobei die Serienfunken
strecken-Vorrichtung ein paar einander in diesem Zwischenraum
gegenübergesetzter Elektroden aufweist, die an den Endan
schluß der Leitung bzw. den Kopfanschluß der Mittelelektrode
angeschlossen sind und die Serienfunkenstrecke bilden. In dem
Zwischenraum in dem Rohrkörper wird ein mit einem inerten Gas
gefülltes Glasröhrchen angebracht, in das die einander gegen
übergesetzten Elektroden hineinragen. Das Glasröhrchen wird
vorzugsweise mit einem Gummi-Polstermaterial in dem Rohrkör
per festgelegt.
In diesem Rohrkörper wird vorzugsweise auch die Diode derart
angebracht, daß sie an einer Stelle nahe der Serienfunken
strecke angeordnet ist. Vorzugsweise wird eine Diode mit
einer vorbestimmten Durchlaßwiderstandscharakteristik verwen
det.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie
len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die ein
erstes Ausführungsbeispiel der Zündanlage für eine Brenn
kraftmaschine zeigt.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Zündkerze mit
einer Aufsteckkappe, in der eine Serienfunkenstrecke ausge
bildet ist.
Fig. 3 ist eine Darstellung der Zündfolge einer
Zweitaktmaschine.
Fig. 4 ist eine Darstellung, die die Ventilbetäti
gungs-Zeitsteuerung und die Zündzeitsteuerung der Zweitaktma
schine veranschaulicht.
Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm, das die Funktion der
Zündanlage nach Fig. 1 veranschaulicht.
Fig. 6 ist eine der Fig. 2 gleichartige Schnittan
sicht und zeigt die Zündanlage gemäß einem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel, bei dem in der Aufsteckkappe die Zündkerze,
die Serienfunkenstrecke und eine Diode angeordnet sind.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die die
Funktion der Zündanlage mit der gemäß Fig. 6 angeordneten
Diode veranschaulicht.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Zünd
anlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem eine
Diode mit niedrigem Widerstand verwendet wird.
Fig. 9 zeigt grafische Darstellungen von Spannung-
Strom-Kennlinien einer herkömmlichen, im wesentlichen wider
standsfreien Diode und der in Fig. 8 gezeigten Diode mit dem
niedrigen Widerstand.
Nach Fig. 1 enthält die Zündanlage gemäß einem ersten Ausfüh
rungsbeispiel eine aufladbare Batterie 10, eine Zündspule 12,
zwei Hochspannungskabel 14 und 15, zwei Zündkerzen 16 und 17,
die an die Enden der Hochspannungskabel 14 bzw. 15 ange
schlossen sind, zwei Serienfunkenstrecken-Vorrichtungen 18
und 19 zum Bilden von Serienfunkenstrecken in Reihe zu den
Zündkerzen 16 bzw. 17 und zwei Dioden 20 und 21.
Die Zündspule 12 hat zwei zueinander in Reihe geschaltete
Primärwicklungsteile 22 und 23 und eine Sekundärwicklung 24.
Die Batterie 10 ist an ihrem Pluspol mit der Primärwicklung,
nämlich mit dem mittigen Verbindungspunkt zwischen den Pri
märwicklungsteilen 22 und 23 verbunden. Die äußeren bzw.
freien Enden der Primärwicklungsteile 22 werden über Transis
toren 26 und 27 mit Masse verbunden. Mit den Transistoren 26
und 27 wird der Primärstrom durch Befehle aus einer (nicht
gezeigten) Steuereinheit gesteuert. Wenn der Transistor 26
durchgeschaltet ist, fließt der Primärstrom in einer Richtung
über den Primärwicklungsteil 22 zur Batterie 10. Wenn alter
nativ der Transistor 27 durchgeschaltet ist, fließt der Pri
märstrom über den Primärwicklungsteil 23 gleichfalls zur
Batterie 10, jedoch ist hierbei die Stromrichtung der erste
ren Stromrichtung entgegengesetzt. Daher kann durch das se
lektive Zuführen des Primärstroms an der Sekundärwicklung 24
eine Sekundärspannung mit wechselnder Polarität erzeugt wer
den.
Die Sekundärwicklung 24 ist an einem Ende mit Masse verbun
den, während von dem anderen Ende die beiden Hochspannungska
bel 14 und 15 wegführen. In den Hochspannungskabeln 14 und 15
sind zwischen diesem Verzweigungspunkt und der jeweiligen
Serienfunkenstrecken-Vorrichtung 18 bzw. 19 die Dioden 20
bzw. 21 in zueinander entgegengesetzter Polung angeordnet.
Daher fließt entsprechend der Polarität der erzeugten Sekun
därspannung der Strom über eine der Dioden 20 und 21, wodurch
an der zugeordneten Zündkerze 16 oder 17 ein Funkenüberschlag
hervorgerufen wird.
Die Fig. 2 zeigt die Serienfunkenstrecken-Vorrichtung 18
gemäß einem Beispiel, bei dem die Vorrichtung in einer Auf
steckkappe 30 der Zündkerze 16 angeordnet ist. Die Aufsteck
kappe 30 ist auf bekannte Weise an dem Ende des Hochspan
nungskabels 14 angebracht und bildet eine elektrische Verbin
dung zwischen der Zündkerze 16 und der Zündspule 12. Die
Zündkerze 16 hat eine Mittelelektrode 32 und eine
Masseelektrode 34, zwischen denen an dem unteren Teil der
Zündkerze 16 eine Funkenstrecke 36 gebildet ist. Von der
Mittelektrode 32 weg steht in der Mitte der Zündkerze 16 ein
oberer bzw. Kopfanschluß 38 vor. Die Aufsteckkappe 30 über
deckt zumindest diesen Kopfanschluß 38 und enthält einen
Steckkontakt 40, der mit dem Kopfanschluß 38 in Verbindung
gebracht wird.
Die Aufsteckkappe 30 hat einen Rohrkörper 42 aus einem iso
lierenden Kunststoff, eine an dem Boden des Rohrkörpers 42
aufgesetzte Gummibuchse 44 und eine auf das obere Ende des
Rohrkörpers zur Wasserabdichtung aufgesetzte Gummikappe 46.
Diese Gummikappe 46 ist derart ausgebildet, daß sie in den
(nicht gezeigten) Zylinderkopfdeckel paßt und das Hochspan
nungskabel 14 daran festhält.
Das Hochspannungskabel 14 ist in die Aufsteckkappe 30 hinein
geführt und an einem Anschlußende 48 mit einem Steckkontakt
50 verbunden. Zwischen den einander gegenüberliegenden Steck
kontakten 40 und 50 ist ein Zwischenraum gebildet. Die Se
rienfunkenstrecken-Vorrichtung 18 weist ein Paar einander
gegenüberliegender Wolfram-Nadelelektroden 52 und 54 auf,
zwischen denen eine Funkenstrecke 56 gebildet ist. Diese
Funkenstrecke 56 wird Serienfunkenstrecke genannt. Die Elek
trode 52 ist nach unten vorstehend von dem Steckkontakt 50
gehalten, während die Elektrode 54 nach oben vorstehend von
dem Steckkontakt 40 gehalten ist. In dem Zwischenraum zwi
schen den Steckkontakten 40 und 50 ist ein Hartglasröhrchen
58 angeordnet, das mit einem inerten Gas wie beispielsweise
Stickstoff oder dergleichen gefüllt ist. Die Elektroden 52
und 54 ragen in das Glasröhrchen 58 hinein, so daß die Se
rienfunkenstrecke 56 in diesem Glasröhrchen 58 gebildet ist.
Das Glasröhrchen 58 ist in dem Rohrkörper 42 durch ein Polster
60 gehalten, das aus Siliconkautschuk hergestellt ist und das
Glasröhrchen 58 umgibt, um einen Funkenüberschlag bzw.
Kriechfunken über die Wand des Glasröhrchens 58 zu verhin
dern. Durch das Polster 60 werden das zerbrechliche Glas
röhrchen 58 und die Serienfunkenstrecken-Vorrichtung 18 gegen
Stöße geschützt.
Die Funktion der Zündanlage nach Fig. 1 ist folgende: Diese
Zündanlage ist für den Einsatz in einer Zweitakt-Sechszylin
der-Brennkraftmaschine ausgelegt, in der Hochspannungsimpulse
bzw. Stoßhochspannungen jeweils einem Satz aus zwei Zylindern
zugeführt werden, die einen Kurbelwellenwinkel-Abstand von
180° haben. Falls gemäß Fig. 3 die Zündfolge dieser Zwei
taktmaschine die Folge der Zylindernummern 1, 6, 2, 4, 3, 5
ist, sind die Zündkerzen 16 und 17 beispielsweise an den
Zylindern Nr. 1 und 4 angebracht.
Die Zweitaktmaschine hat eine Kurbelwelle und Kolben, die je
Umdrehung der Kurbelwelle einen Verbrennungszyklus ausführen,
der aus dem Aufwärtshub und dem Abwärtshub des Kolbens be
steht. In der Zweitaktmaschine läuft ein Spül- und Ladevor
gang in der Weise ab, daß der Ausstoßvorgang und der Einlaß
vorgang im wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden. Falls
beispielsweise die Zweitaktmaschine derart aufgebaut ist, daß
wie bei einer herkömmlichen Viertaktmaschine das Auslaßventil
und das Einlaßventil in dem Zylinderkopf angeordnet sind,
wird gemäß Fig. 4 das Auslaßventil zu einem Zeitpunkt Eo nach
dem oberen Totpunkt OT geöffnet und zu einem Zeitpunkt Ec
nach dem unteren Totpunkt UT geschlossen, während das Einlaß
ventil im wesentlichen zu einem Zeitpunkt Fo geöffnet und zu
einem Zeitpunkt Fc geschlossen wird, wobei diese Zeitpunkte
gegenüber den Zeitpunkten Eo und Ec jeweils geringfügig ver
zögert sind. Wenn das Einlaßventil geschlossen ist, beginnt
das Komprimieren, wonach zu einem Zeitpunkt I vor dem OT die
Zündung erfolgt. Es ist ersichtlich, daß zu einem um einen
halben Zyklus fortgeschrittenen Zeitpunkt, nämlich bei dem
Kurbelwellenwinkel 180° von dem Zündzeitpunkt I weg der näch
ste Ansaugvorgang abläuft.
Gemäß Fig. 1 sind die beiden Zündkerzen 16 und 17 an die
gemeinsame Sekundärwicklung 24 der Zündspule 12 angeschlos
sen. Falls an diesen beiden Zündkerzen 16 und 17 die Funken
entladung gleichzeitig stattfinden würde, würde eine der
Zündkerzen zu dem richtigen Zündzeitpunkt I für den betref
fenden Zylinder zünden, wogegen aber die andere Zündkerze
während des Ansaugvorgangs des zugeordneten Zylinders zünden
würde. Vorzugsweise wird während des Ansaughubs nicht gezün
det, da dadurch unerwünschte Vorgänge wie eine Nachzündung
oder eine Frühzündung auftreten können. Daher dürfen in der
Zweitaktmaschine die beiden Zündungen in einem Zylinder nicht
während eines Zyklus auftreten. Im Gegensatz dazu läuft zu
einem Zeitpunkt nach einem halben Zyklus von dem Kompres
sionshub an ein Auslaßhub ab, so daß daher durch die gleich
zeitige Funkenentladung an dem Paar von Zündkerzen ein nur
geringes Problem entsteht, da die eine Kerze zu dem richtigen
Zündzeitpunkt zündet und die andere während des Auslaßhubs
zündet, bei dem keine Verbrennung erfolgen kann. Daher ist
die Zündanlage gemäß Fig. 1 insbesondere für Zweitaktmaschi
nen nutzvoll, wobei sie aber auch für Viertaktmaschinen ein
gesetzt werden kann.
Es ist ersichtlich, daß bei der Zündanlage gemäß dem Ausfüh
rungsbeispiel die Zündkerzen 16 und 17 nicht gleichzeitig
zünden, da die Dioden 20 und 21 zueinander gegenpolig ge
schaltet sind und die Sekundärwicklung 24 der Zündspule 12
eine Sekundärspannung mit abwechselnd umgekehrter Polarität
abgibt. Wenn daher eine der Zündkerzen 16 und 17 zu dem
richtigen Zündzeitpunkt I des betreffenden Zylinders zündet,
erfolgt an der anderen Zündkerze während des Ansaughubs des
betreffenden Zylinders keine Funkenentladung.
In der Fig. 5 ist unten ein Beispiel für Transistor-Ansteue
rungssignale dargestellt, die von einer (nicht gezeigten)
Computer-Steuereinheit abwechselnd an die Transistoren 26 und
27 angelegt werden. Auf der horizontalen Achse der Fig. 5 ist
der Kurbelwellenwinkel des Zylinders Nr. 1 der Maschine auf
getragen, wobei auf der Horizontalachse die der Darstellung
in Fig. 4 entsprechenden Ventilbetätigungs-Zeitpunkte mar
kiert sind. Der Zündzeitpunkt I liegt in dem Kompressionshub
vor dem OT. Ferner zeigt die Fig. 5 Beispiele für Spannungen
A bis D, die jeweils die Spannungen an Schaltungspunkten A
bis D nach Fig. 1 sind. Die Spannungen A und B sind jeweils
die über die Dioden 20 bzw. 21 an die Serienfunkenstrecken-
Vorrichtungen 18 bzw. 19 angelegten Spannungen, die Spannung
C ist die Spannung an dem Verzweigungspunkt, an dem die
beiden Hochspannungskabel aufgezweigt sind, und die Spannung
D ist die an die Zündkerze 16 im Zylinder Nr. 1 angelegte
Spannung.
Es ist ersichtlich, daß an der Sekundärwicklung 24 der Zünd
spule 12 bei dem selektiven Einschalten der Transistoren 26
und 27 eine niedrige Einschaltspannung auftritt, wonach dann
bei dem Abschalten der Transistoren 26 und 27 ein großer
Hochspannungsimpuls mit entgegengesetzter Polarität auftritt
(Spannung C nach Fig. 5). Diese höhere Stoßhochspannung bei
dem Abschalten der Transistoren 26 und 27 wird auf herkömmli
che Weise für den Funkenüberschlag an den Zündkerzen 16 und
17 genutzt. Die niedrigere Einschaltspannung ist für einen
Funkenüberschlag an der Zündkerze unzureichend, so daß daher
diese Spannung durch die zugehörige Diode 20 oder 21 abgehal
ten wird, da sie die entgegengesetzte Polarität wie der
höhere Hochspannungsimpuls hat. Gemäß der nachfolgenden Be
schreibung kann jedoch diese niedrige Spannung durch die
andere Diode hindurch gelangen.
Die Polarität des sekundären Hochspannungsimpulses wird durch
die abwechselnde Ansteuerung der Transistoren 26 und 27 geän
dert, da dadurch die Wicklungsrichtungen der Primärwicklungs
teile 22 und 23 vertauscht werden. Eine jede der Dioden 20
und 21 läßt nur einen entsprechenden Durchlaßstrom zu, so daß
dementsprechend der Hochspannungsimpuls einer Polarität über
eines der Hochspannungskabel 14 und 15 durchgelassen wird
(Spannung A), während der einen halben Zyklus danach erschei
nende Hochspannungsimpuls mit der entgegengesetzten Polarität
durch das andere Hochspannungskabel 15 oder 14 hindurch ge
langt (Spannung B). Daher werden die Hochspannungsimpulse
abwechselnd jeweils an eine der beiden Serienfunkenstrecken-
Vorrichtungen 18 und 19 und Zündkerzen 16 und 17 angelegt,
was während eines Zyklus in einem Zylinder eine Zündung
ergibt.
Es werden nun die drei hauptsächlichen Funktionen der Serien
funkenstrecke 56 bzw. der Serienfunkenstrecken-Vorrichtung 1 S
beschrieben. Die erste Funktion der Serienfunkenstrecke 56
besteht darin, eine schwache Entladung an der Zündkerze 16 zu
verhindern. Der allmählich ansteigende Sekundärhochspannungs
impuls wird über das betreffende Hochspannungskabel 14 oder
15 der Serienfunkenstrecke 56 zugeführt und an die einander
gegenübergesetzten Elektroden 52 und 54 dieser Funkenstrecke
angelegt, obgleich es in der Fig. 5 scheint, daß diese Stoß
spannung wie ein Nadelimpuls schlagartig bzw. plötzlich an
steigt. Durch die Serienfunkenstrecke 56 wird bei dem An
fangszustand des Betriebsvorgangs ein direktes Anlegen dieses
Sekundärhochspannungsimpulses an die Zündkerze 16 verhindert.
Die Sekundärhochspannung steigt dann auf einen vorbestimmten
Wert für die Funkenentladung an der Serienfunkenstrecke 56 an
(Beginn der Serienfunkenstrecken-Entladung), wodurch zu die
sem Zeitpunkt die Sekundärhochspannung an die Zündkerze 16
angelegt wird und an dieser dadurch der Funkenüberschlag
hervorgerufen wird (Beginn der Zündfunken-Entladung). Da auf
diese Weise die Hochspannung plötzlich an die Zündkerze 16
angelegt wird, erfolgt an der Zündkerze mit der Spannung eine
Funkenentladung, die das Brennstoff-Luft-Gemisch zündet.
Dies beruht auf folgendem: eine schwache Entladung tritt
gewöhnlich dann auf, wenn der Isolationswiderstand zwischen
der Mittelelektrode 32 und der Masseelektrode 34 der Zündker
ze 16 verringert ist und ein Kriechstrom zwischen den Elek
troden ansteigt, so daß ein Anstieg der von der Zündspule 12
der Zündkerze 16 zugeführten Spannung behindert ist. Wenn die
Serienfunkenstrecke 56 zu der Zündkerze 16 in Reihe geschal
tet ist, kann dieser schlagartig eine für eine starke Funken
entladung ausreichend erhöhte Spannung nach einer Zeitspanne,
während der die ursprüngliche Sekundärspannung an der Serien
funkenstrecke 56 ansteigt, vom Auslösen an der Zündspule 12
an zugeführt werden. Falls keine Serienfunkenstrecke vorgese
hen wäre, würde der vorstehend genannte Kriechstrom während
dieser Zeitspanne zunehmen. Insbesondere die Zweitaktmaschine
neigt zu verringerter Zündbarkeit bei dem Auftreten einer
schwachen Funkenentladung, so daß für die Zweitaktmaschinen
das Einschalten der Serienfunkenstrecke 56 für das Verhindern
einer derartigen schwachen Entladung besonders vorteilhaft
ist.
Die zweite Funktion der Serienfunkenstrecke 56 besteht darin,
daß eine unerwünschte Zündung durch die vorstehend beschrie
bene Einschaltspannung verhindert wird. Diese Einschaltspan
nung wird an der Zündspule 12 beispielsweise dann erzeugt,
wenn der Transistor 26 eingeschaltet wird, und zwar in Gegen
polarität zu der Haupt-Hochspannung, die bei dem Ausschalten
des Transistors 26 erzeugt wird. Diese Einschaltspannung wird
infolge der zugehörigen Diode 20 nicht dem Zylinder Nr. 1
zugeführt (Spannung A), der für eine Zündung bereit ist,
sondern dem anderen Zylinder Nr. 4, wie es durch X an der
Spannung B dargestellt ist. Der Zylinder Nr. 4 führt den
Ansaughub aus und wird mit Frischluft oder einem Gemisch mit
ungefähr Atmosphärendruck geladen. Diese Einschaltspannung
ist normalerweise niedrig wie beispielsweise ungefähr 3 bis 4
kV, jedoch kann diese Spannung gelegentlich dazu ausreichen,
an der Zündkerze eine Funkenentladung für das Zünden des
Gemisches herbeizuführen. Bei dem Ausführungsbeispiel der
Zündanlage hat jedoch die Serienfunkenstrecke der Vorrichtung
19 eine vorgewählte Entladungsspannung, die beträchtlich
höher als die Einschaltspannung ist, so daß die Einschalt
spannung mit Sicherheit gesperrt wird und dadurch ein fal
scher Funkenüberschlag an der Zündkerze 17 verhindert wird.
Die dritte Funktion der Serienfunkenstrecke 56 besteht darin,
daß eine Resonanzspannung unterdrückt wird, die am Ende der
Funkenentladung entstehen könnte. Als Beispiel sei der Fall
betrachtet, daß die Funkenentladung in dem Zylinder Nr. 1
herbeigeführt wird und das darin enthaltene Gemisch ver
brennt. Gemäß der Darstellung an der Spannung A in Fig. 5
endet die Funkenentladung dann, wenn der Funken an der Zünd
kerze 16 durch die Gemischturbulenz gelöscht wird. Zu diesem
Zeitpunkt verbleibt in der Sekundärwicklung 24 der Zündspule
12 etwas magnetische Energie, so daß an der Spannung C eine
Resonanzspannung Y zwischen der Sekundärwicklung 24 und den
Streukapazitäten der Sekundärwicklung 24 und des Hochspan
nungskabels 40 erzeugt wird, wodurch an die Zylinder Nr. 1
und 4 eine Resonanzspannung Z angelegt wird. Gleichermaßen
wie bei der vorangehenden Beschreibung hinsichtlich der Ein
schaltspannung läuft an dem Zylinder Nr. 4 der Ansaughub ab,
bei dem eine Verbrennung eingeleitet werden könnte. Durch die
Serienfunkenstrecke der Vorrichtung 19 wird jedoch die fal
sche Funkenentladung an der Zündkerze 17 verhindert.
Gemäß Fig. 6 enthält die Zündanlage gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel eine Zündkerze 16 und eine Serienfunken
strecken-Vorrichtung 18, die auch bei der Zündanlage nach
Fig. 1 eingesetzt werden können. Die Zündkerze 16 und die
Serienfunkenstrecken-Vorrichtung 18 sind denjenigen gemäß
Fig. 2 gleichartig, so daß die Serienfunkenstrecken-Vorrich
tung 18 gleichfalls in der Aufsteckkappe 30 für die Zündkerze
16 angeordnet ist; demzufolge sind gleiche Elemente in Fig. 6
mit den entsprechenden Bezugszeichen nach Fig. 2 bezeichnet.
Die Zündkerze 16 mit der Aufsteckkappe 30 ist in eine Einbau
öffnung 102 eingesetzt, die in einem Zylinderkopf 100 ausge
bildet ist. Durch die obere Gummikappe 46 wird das Hochspan
nungskabel 14 an dem Zylinderkopf 100 festgelegt.
Bei der Zündanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist
in der Aufsteckkappe 30 der Zündkerze 16 auch die Diode 20
angebracht. Im einzelnen ist die Diode 20 zwischen das An
schlußende 48 des Hochspannungskabels 14 und den Steckkontakt
50 für die Serienfunkenstrecken-Elektrode 52 geschaltet, um
dadurch eine elektrische Verbindung in der gewählten Durch
laßrichtung der Diode 20 herbeizuführen. In der Fig. 1 ist
die Durchlaßrichtung der Diode 20 dargestellt, während die
andere Diode 21 in der zugehörigen Aufsteckkappe in der
Gegenrichtung eingesetzt wird.
Die Fig. 7 veranschaulicht den Stromdurchlaß der Sekundär
spannung bei dem Anlegen der Spannung an die Serienfunken
strecken-Vorrichtung 18 und die Zündkerze 16 sowie das Ent
stehen der Streukapazitäten. Die Dioden 20 und 21 sind nahe
an den entsprechenden Serienfunkenstrecken-Vorrichtungen 18
und 19 angebracht; diese Gestaltung ergibt sich aus dem
Aufbau gemäß Fig. 6, gemäß der sowohl die Serienfunkenstrek
ken-Vorrichtung 18 als auch die Diode 20 in der Aufsteckkappe
30 untergebracht sind. Gemäß der Darstellung durch strich
punktierte Linien sind Dioden 120 und 121 an Stellen in der
Nähe des Verzweigungspunktes C angeordnet, wobei angenommen
ist, daß die Dioden 120 und 121 in dem Gehäuse der Zündspule
12 untergebracht sind.
Vor dem Funkenüberschlag in der Serienfunkenstrecken-Vorrich
tung 18 bewegen sich Elektronen in den Leitern zwischen der
Zündspule 12 und der Elektrode 52 der Vorrichtung 18, da die
Serienfunkenstrecke 56 einen Stromfluß sperrt. Dies bedeutet,
daß mit den Elektronen von Natur aus gebildete Streukapazitä
ten C 1 zwischen Masse und der Zündspule 12, C 2 zwischen Masse
und dem Hochspannungskabel 14 zwischen dem Verzweigungspunkt
C und der Serienfunkenstrecken-Vorrichtung 18 und C 3 zwischen
Masse und dem Hochspannungskabel 15 zwischen dem Verzwei
gungspunkt C und der Serienfunkenstrecken-Vorrichtung 19
aufgeladen werden. Die Gesamtkapazitäten C 1, C 2 und C 3 können
für die Funkenentladung an einer der Serienfunkenstrecken-
Vorrichtungen 18 und 19 genutzt werden, da die Dioden 20 und
21 nahe den Vorrichtungen 18 bzw. 19 angeordnet sind. Die
durch die Nutzung der Kapazitäten außer denjenigen der Hoch
spannungskabel 14 und 15 erreichte vergrößerte Kapazität
ergibt eine vorteilhafte Wirkung hinsichtlich eines schnelle
ren Anstiegs der Entladungsspannung. Falls dagegen die Dioden
120 und 121 an den durch gestrichelte Linien in Fig. 7 darge
stellten Stellen angeordnet werden, kann eine der Kapazitäten
C 2 und C 3 nicht genutzt werden, da eine der Dioden 120 und
121 den Fluß der Ladungsträger verhindert. Falls andererseits
die Dioden 20 und 21 in der Nähe der Serienfunkenstrecken-
Vorrichtungen 18 und 19 angeordnet sind, werden von den
Elektronen die Hochspannungskabel 14 und 15 beide geladen, so
daß die gesamte Streukapazität zwischen den beiden Dioden 20
und 21 auch dann gleich bleibt, wenn sich die Stromrichtung
ändert. Daher ist eine Funkenentladung in konstanter Stärke
auch dann möglich, wenn die Hochspannungskabel 14 und 15
unterschiedliche Längen haben.
Die Fig. 8 veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel
der Zündanlage, bei dem grundlegend die gleichen Elemente wie
die in Fig. 1 gezeigten enthalten sind.
Nach Fig. 8 sind gleichermaßen wie bei dem vorangehend be
schriebenen Ausführungsbeispiel die Dioden 20 und 21 jeweils
in den Aufsteckkappen 30 der Zündkerzen 16 bzw. 17 angeord
net. Jede Diode 20 und 21 hat bei diesem dritten Ausführungs
beispiel eine vorbestimmte Widerstandskennlinie in der Durch
laßrichtung. Die Fig. 9 zeigt den Zusammenhang zwischen Strom
und Spannung bei verfügbaren Dioden zweierlei Arten. Die
üblichen Dioden haben Kennlinien gemäß der Darstellung bei
(a) und (b), aus der ersichtlich ist, daß der Widerstand in
der Durchlaßrichtung im wesentlichen "0" ist. Manche Dioden
haben Kennlinien gemäß der Darstellung in (c) und (d), so daß
sie in der Durchlaßrichtung einen beträchtlichen Widerstand
zeigen. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel werden die
Dioden der letzteren Art verwendet, insbesondere diejenigen
Dioden, die eine Hochspannung von beispielsweise 30 kV aus
halten und die einen Innenwiderstand von 3 bis 5 kOhm haben,
durch den ein Strom auf einige zehn Ampere begrenzt werden
kann. Ein derartiger Strom entsteht bei dem Funkenüberschlag
an der Serienfunkenstrecke 56, da dieser Funkenüberschlag
eine Kapazitätsentladung ist; ein derart starker Strom verur
sacht Funkstörungen, so daß der Strom daher auf einen niedri
gen Wert begrenzt werden sollte. Dies wird mittels der Dioden
20 und 21 mit der vorbestimmten Widerstandscharakteristik in
Durchlaßrichtung bewerkstelligt.
Eine Zündanlage für eine Brennkraftmaschine enthält eine
Zündspule zum Erzeugen von Sekundärspannungen wechselnder
Polarität, zwei gemeinsam von einem Anschluß der Zündspule
abgezweigte Kabel und zwei an die Kabel angeschlossene Zünd
kerzen. In jedes der beiden Kabel sind eine Serienfunken
strecken-Vorrichtung und eine Diode geschaltet. Die Dioden
sind in zueinander entgegengesetzten Richtungen gepolt, so
daß die in einer Polarität erzeugte Sekundärhochspannung
durch eine der Dioden und die in der Gegenpolarität erzeugte
Sekundärhochspannung durch die andere Diode hindurch gelangen
kann, wodurch bei dem selektiven Zuführen von Primärstrom ein
Funkenüberschlag jeweils an einer der beiden Zündkerzen her
vorgerufen wird.
Claims (9)
1. Zündanlage für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet
durch eine Zündspule (12) mit einer Primärwicklung (22, 23)
und einer Sekundärwicklung (24), eine Steuervorrichtung (26,
27), die der Primärwicklung selektiv Primärstrom in einander
entgegengesetzten Richtungen zuführt, um an der Sekundärwick
lung Sekundärspannungen mit einander entgegengesetzter Pola
rität zu erzeugen, zwei von einem Ende der Sekundärwicklung
weg abzweigende Leitungen (14, 15), zwei jeweils an das Ende
einer Leitung angeschlossene Zündkerzen (16, 17) mit daran
ausgebildeten Funkenstrecken (36), Serienfunkenstrecken-Vor
richtungen (18, 19) zum Bilden jeweils einer Serienfunken
strecke (56) in den beiden Leitungen in Reihe mit den ent
sprechenden Funkenstrecken und Dioden (20, 21), die jeweils
in den beiden Leitungen mit zueinander entgegengesetzter
Polung zwischen die entsprechende Serienfunkenstrecken-Vor
richtung und das eine Ende der Sekundärwicklung geschaltet
sind, wodurch bei dem selektiven Zuführen des Primärstroms
jeweils an einer der beiden Zündkerzen der Funkenüberschlag
hervorgerufen wird.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Primärwicklung (22, 23) einen ersten und einen zweiten
Wicklungsteil aufweist, die zueinander in Reihe geschaltet
sind, und daß eine aufladbare Batterie (10) an den mittigen
Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Wicklungs
teil angeschlossen ist, deren jeweilige andere Enden mit
Masse verbindbar sind, um dadurch der Primärwicklung selektiv
den Primärstrom in den einander entgegengesetzten Richtungen
zuzuführen.
3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuervorrichtung (26, 27) Transistoren für das Steuern
des selektiven Zuführens des Primärstroms zu dem ersten und
zweiten Wicklungsteil (22, 23) aufweist.
4. Zündanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Zündkerze (16) eine Mittelelektrode
(32) und eine Masseelektrode (34) aufweist, zwischen denen an
dem unteren Teil derselben die Funkenstrecke (36) gebildet
ist, wobei sich von der Mittelelektrode weg ein oberer Kopf
anschluß (38) erstreckt, der durch eine Aufsteckkappe (30)
abgedeckt ist, in der die entsprechende Serienfunkenstrecken-
Vorrichtung (18) angeordnet ist.
5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufsteckkappe (30) einen Rohrkörper (42) aufweist, in den
an einem Ende die Leitung (14) und an dem anderen Ende der
Kopfanschluß (38) der Mittelelektrode (32) derart eingeführt
sind, daß dazwischen ein Zwischenraum gebildet ist, in dem
ein Paar einander gegenübergesetzter Elektroden (52, 54) der
Serienfunkenstrecken-Vorrichtung (18) angeordnet ist, welche
jeweils mit dem Ende der Leitung bzw. dem Kopfanschluß der
Mittelelektrode verbunden sind und die Serienfunkenstrecke
(56) bilden.
6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Zwischenraum im Rohrkörper (42) der Aufsteckkappe (30)
ein mit einem inerten Gas gefülltes Glasröhrchen (58) ange
ordnet ist, in das die einander gegenübergesetzten Elektroden
(52, 54) hineinragen, um die Serienfunkenstrecke (56) in dem
Glasröhrchen zu bilden.
7. Zündanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Glasröhrchen (58) in dem Rohrkörper (42) mittels eines
Polstermaterials (60) gehalten ist.
8. Zündanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Rohrkörper (42) der Aufsteckkappe
(30) zusammen mit der Serienfunkenstrecken-Vorrichtung (18)
die Diode (20) angeordnet ist.
9. Zündanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Diode (20, 21) zum Unterdrücken von
Störungen eine vorbestimmte Widerstandskennlinie in Durchlaß
richtung hat.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Representative=s name: TIEDTKE, H., DIPL.-ING. BUEHLING, G., DIPL.-CHEM. |
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