DE68918234T2 - Zündanlage mit induktive Ausladung bei Brennkraftmaschinen. - Google Patents

Zündanlage mit induktive Ausladung bei Brennkraftmaschinen.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündanlage mit induktiver Entladung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wie sie aus der US-A-4 285 322 bekannt ist, die später erörtert wird.
  • Im einzelnen betrifft die Erfindung eine Anlage des Typs, der für jede Zündkerze einen Transformator mit einer Sekundärwicklung, die mit der betreffenden Zündkerze zu verbinden ist, und einer Primärwicklung, die mit dem Ausgang einer Leistungsstufe, die in der Lage ist, ein ON-OFF-Signal zu generieren zur Steuerung des Transformators, aufweist.
  • Die Leistungsstufe ist allgemein ausgestattet an ihrem Ausgang mit einem Darlington-verbundenen Transistor, dessen Kollektor direkt mit einer Klemme der besagten Primärwicklung des Transformators verbunden ist, wobei die andere Klemme der Primärwicklung an eine Stromquelle, wie beispielsweise den Akkumulator, verbunden ist.
  • Der Betrieb der bekannten Anlage des vorerwähnten Typs ist im wesentlichen die Versorgung der Primärwicklung des Transformators mit einem wechselnden Signal durch das wechselnde Setzen des Leistungstransistors in den leitenden und gesperrten Zustand. Hierdurch wird eine hohe Spannung in der Sekundärwicklung des Transformators in einem solchen Grad induziert (insbesondere nachfolgend nach der Sperrung des Transistors), um einen Funken in der betreffenden Zündkerze zu triggern.
  • Es ist auch bekannt, daß besonders während des Schaltzustandes OFF-nach ON, ein gedämpftes, schwingendes Signal der Spannung überlagert wird, die in der Sekundärwicklung induziert worden ist, wobei dieses Signal von hoher Frequenz ist (abhängig nicht nur von den Transformatorparametern, sondern auch von der Schaltgeschwindigkeit) und die Amplitude von deren erster Halbwelle direkt proportional zu dem Übersetzungsverhältnis des Transformators und zu der direkten Stromspannung ist, mit der der Leistungstransistor und die Primärwicklung versorgt wird. Unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen kann das besagte Schwingungssignal den Funken in der Zündkerze triggern, was in einer erheblich deplazierten Zündvoreilung resultiert.
  • Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, eine Zündanlage mit induktiver Entladung mit einem Dämpfüngsnetzwerk zu versehen, wobei zwischen diesem Netzwerk und der Leistungsstufe eine Diode vorgesehen ist, welche das Netzwerk jedesmal mit dem Ausgang der Leistungsstufe verbindet, wenn das am Ausgang liegende Signal von seinem OFF-Zustand zu einem ON-Zustand wechselt. Beispielsweise ist im US-Patent 4 285 322 der Nippon Soken, Inc. ein Dämpfungsnetzwerk beschrieben, welches einen Kondensator aufweist, dessen einer Anschluß mit der Basis eines Endtransistors der Leistungsstufe und dessen anderer Anschluß mit dem Ausgang der Leistungsstufe über eine Zener-Diode verbunden ist. Diese Art eines Dämpfungsnetzwerks kann jedoch nicht einfach mit einer bereits existierenden Leistungsstufe verwendet werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündanlage mit einem Dämpfungsnetzwerk zu schaffen, welches einfach anwendbar ist auf die Leistungsstufe der Zündanlage.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zündanlage mit induktiver Entladung gelöst von der für jede Zündkerze einen Transformator mit einer an die betreffende Zündkerze anzuschließenden Sekundärwicklung und mit einer an einem Ausgang einer Leistungsstufe angeschlossenen Primärwicklung aufweisenden Art, wobei die Leistungsstufe wenigstens einen Endleistungstranssistor mit einem den Ausgang bildenden Kollektor aufweist, die Anlage darüberhinaus ein Dämpfungsnetzwerk aufweist und zwischen diesem Netzwerk und dem Ausgang der Leistungsstufe eine Diode aufweist, welche das Netzwerk jedesmal mit dem Ausgang der Leistungsstufe verbindet, wenn das am Ausgang anliegende Signal von seinem OFF-Zustand zu einem ON-Zustand wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsnetzwerk einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, der mit dem ersten Widerstand in Reihe geschaltet ist, und einen Kondensator aufweist, der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist, daß ein Anschlußpunkt zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand mit der Anode der Diode verbunden ist, deren Kathode mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Ausgang der Leistungsstufe und der Primärwicklung verbunden ist, wobei der erste Widerstand auch mit einer Energiequellenklemme verbunden ist.
  • Die Erfindung wird noch deutlicher anhand der Beschreibung einer beispielhaften, aber nicht einschränkenden Ausführungsform unter Bezugnhhine auf die Zeichnungsfiguren. Hierbei zeigt:
  • Fig. 1 eine elektrisches Schaltbild einer Zündanlage gemäß der vorliegenden Erfindung, und
  • Fig. 2 den Verlauf eines elektrischen Signals, abgenommen an einem vorbestimmten Punkt in Fig. 1.
  • In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen gesamthaft eine Zündanage mit induktiver Entladung für Zündkerzen 2 eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt).
  • Die Zündanlage ist von der für jede Zündkerze 2 einen Transformator 3 mit einer an die betreffende Zündkerze 2 anzuschließenden Sekundärwicklung 4 und mit einer an einem Ausgang einer Leistungsstufe 6 angeschlossenen Primärwicklung 5 herkömmlicher Art, die in der Lage ist, ein ON-OFF-Signal zur Steuerung des Transformators 3 zu liefern.
  • Insbesondere weist die Stufe 6 einen Ausgangsabschnitt auf, der aus einem N-P- N-Leistungstransistor in einer Darlington-Verbindung besteht (nicht dargestellt). Der Transistor 8 ist mit Emitter über einen Widerstand 9 mit Masse verbunden und sein Kollektor ist mit einem Anschluß der Primärwicklung 5 verbunden. Die letztere ist mit ihrem anderen Anschluß an eine Klemme 10 angeschlossen, an die, wenn in Betrieb, der positive Pol einer direkten Stromquelle (wie beispielsweise eines Akkumulators) angeschlossen ist. Ein Anschluß der Wicklung 4 ist darüber hinaus an Klemme 10 angeschlossen und ihr anderer Anschluß an der Klemme 11. Im Betrieb ist die letztgenannte Klemme mit der Elektrode 12 der Zündkerze 2 verbunden, deren Fassung 13 mit Masse verbunden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Anlage 1 ein Dämpfungsetzwerk 15 auf sowie unidirektionale Verbindungsmittel 20 zwischen dem Neztwerk 15 und dem Ausgang der Leistungsstufe 6 auf, wobei die besagten Mittel 20 das Netzwerk 15 mit dem Ausgang der Stufe 6 jedesmal verbindet, wenn das an dem besagten Ausgang anliegende Signal von seinem OFF-Zustand zu einem ON- Zustand wechselt.
  • Insbesondere weist das Dämpfüngsnetzwerk 15, das zwischen einer Klemme 16 (die darüber Innaus mit der Energiequelle verbunden ist) und Masse geschaltet ist, einen ersten Widerstand 17, einen zweiten Widerstand 18 und einen Kondensator 19 auf. Ein Anschlußpunkt zwischen den Widerständen 17 und 18 ist mit der Anode einer Diode 21 (das unidirektionale Verbindungsmittel 20 bildend) verbunden, deren Kathode mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Ausgang der Leistungsstufe 6 und der Primärwicklung 5 verbunden ist.
  • Der Betrieb der Anlage 1 wird nachfolgend unter Bezugnaine auf Fig. 2 beschrieben, die den Verlauf des Spannungssignals an der Klemme 11 zeigt, d.h. am Ausgang der Sekundärwicklung 4 des Transformators 3.
  • Insbsondere stimmt das Ausgangssignal während der Zeitdauer, während der Transistor 8 gesperrt (OFF) ist, im wesentlichen mit der Batteriespannung an der Klemme 10 überein. Während dieser Zeitdauer lädt sich der Kondensator 19 über die Widerstände 17 und 18 auf den Wert der Batteriespannung, die an der Klemme 16 anliegt, auf.
  • Wenn der Transistor von gesperrt (OFF) auf leitend (ON) (Zeit t&sub1; in Fig. 2) schaltet, geht das Ausgangssignal der Leistungsstufe 6 von der Batteriespannung langsam bis fast auf 0 (Summe der Sättigungsspannung des Transistors 8 und des Spannungsabfalls am Widerstand 9) zurück aufgrund der Anwesenheit des Kondensators 19. Dies beruht darauf, daß unter solchen Bedingungen die Diode 21 direkt vorgespannt ist, so daß die Spannung über der Leistungsstufe 6 im wesentlichen exponentiell mit einer Zeitkonstanten abnimmt, die annähernd dem Produkt der Kapazität des Kondensators 19 und der Summe der Widerstandswerte des Widerstands 18 und des internen Widerstandswertes des Transistors 8, der in einem linearen Bereich in Betrieb ist bis der Kondensator 19 fast völlig entladen ist, gleicht.
  • Es ist einleuchtend, daß die Ladezeitkonstante, die bestimmt ist durch das Produkt der Kapazität des Kondensators 19 und der Summe der Widerstandswerte der Widerstände 17 und 18, so sein muß, um es dem Kondensator 19 zu ermöglichen, wiederaufgeladen zu werden während der nicht leitenden (OFF)-Phase der Stufe 6, wenn der Motor mit maximaler Drehaahl läuft. Als Hinweis mag der Wert dieser Zeitkonstanten zwischen 2 ms und 3 ms angegeben werden.
  • Aufgrund der Tatsache, daß das ON-OFF-Schalten nicht plötzlich abläuft, weist die in der Sekundärwicklung 4 des Transformators 3 induzierte Spannung Vs nicht mehr das besagte überlagerte Schwingungssignal auf, welches die Quelle der Nachteile bekannter Anlagen ist. In dieser Hinsicht kann aus dem Verlauf des Signals Vs, dargestellt in Fig. 2a (eine Einheit auf der Zeitskala entspricht 0,4 ms) kann ersehen werden, daß die einzige wesentliche Komponente von Vs die induzierte Spannung (im Bereich über 0,6 kV) ist. Im Gegensatz hierzu gibt es keine nennenswerte Komponente des besagten Schwingungssignals, welches üblicherweise den Wert von Vs in bekannten Anlagen bis über 1,3 kV anhebt, um so eine unerwünschte Vorauseilung zu erzeugen, die den Funken in der Zündkerze triggert.
  • Das Dämpfungsnetzwerk 15 ist während des ON-OFF-Schaltens des Ausgangssignals der Stufe 6 nicht im Betrieb, da unter diesen Bedingungen die Diode 21 umgekehrt vorgespannt ist. Infolge dessen kann das Schalten so schnell wie möglich vonstatten gehen, damit eine extrem hohe Spannung in der Sekundärwicklung 4 (bis über 15 kV) induziert werden kann, um so ein sehr effizientes Triggern des Bogens in der Zündkerze zu verursachen.
  • Die Vorteile der Anlage der vorliegenden Erfindung können aus der Überprüfung ihrer Charakteristika ersehen werden.
  • Zuallererst wird das besagte Schwingungssignal daran gehindert, in der Sekundärwicklung während des ON-OFF-Übergangs der Leistungsstufe zu entstehen. Des weiteren werden besonders teure Komponenten nicht benötigt, da der Bereich der Spannungen, innerhalb dessen sie funktionieren müssen, sehr begrenzt ist und darüber hinaus die betreffenden Nennwerte nicht besonders präzise sein müssen. Schließlich ist es ersichtlich, daß Modifikationen zu der beschriebenen Analge 1 vorgenommen werden können, ohne dabei den Schutzumfang des Anspruchs 1 zu verlassen.

Claims (1)

1. Zündanlage mit induktiver Entladung für einen Verbrennungsmotor, von der für jede Zündkerze einen Transformator (3) mit einer an die betreffende Zündkerze (2) anzuschließenden Sekundärwicklung und mit einer an einem Ausgang einer Leistungsstufe (6) angeschlossenen Primärwicklung (5) aufweisenden Art, wobei
- die Leistungsstufe (6) wenigstens einen Endleistungstransistor (8) mit einem den Ausgang bildenden Kollektor aufweist,
- der Leistungstransistor (8) geschaltet wird, um ein ON-OFF Signal zur Steuerung des Transformators (3) zu erzeugen,
- die Anlage (1) darüber hinaus ein Dämpfungsnetzwerk (15) und zwischen diesem Netzwerk (15) und dem Ausgang der Leistungsstufe (6) eine Diode (21) aufweist, welche das Netzwerk (15) jedesmal mit dem Ausgang der leistungsstufe (6) verbindet, wenn das am Ausgang anliegende Signal von seinem OFF-Zustand zu einem ON- Zustand wechselt,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dämpfungsnetzwerk einen ersten Widerstand (17), einen zweiten Widerstand (18), der mit dem ersten Widerstand (17) in Reihe geschaltet ist, und einen Kondensator (19) aufweist, der mit dem zweiten Widerstand (18) in Reihe geschaltet ist,
daß ein Anschlußpunkt zwischen dem ersten Widerstand (17) und dem zweiten Widerstand (18) mit der Anode der Diode (21) verbunden ist, deren Kathode mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Ausgang der Leistungsstufe (6) und der Primärwicklung (5) verbunden ist, wobei der erste Widerstand (17) auch mit einer Energiequellenklemme (16) verbunden ist.
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