DE102006040982A1 - Energy storage-high current-ignition for electrical circuit for ignition of combustible gas fuel mixture in combustion chamber of spark ignition internal combustion engine, has high voltage condenser ignition and transistor coil ignition - Google Patents
Energy storage-high current-ignition for electrical circuit for ignition of combustible gas fuel mixture in combustion chamber of spark ignition internal combustion engine, has high voltage condenser ignition and transistor coil ignition Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung füllt in das Gebiet der elektrischen Schaltungsanordnungen zur Zündung eines brennbaren Gas-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine und stellt als solche eine neuartige Vorrichtung dar, welche gegenüber den Vorrichtungen des Standes der Technik insbesondere bezüglich der elektrischen, verbrennungstechnischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkte deutliche Vorteile bietet.The Invention fills in the field of electrical circuit arrangements for igniting a combustible Gas-fuel mixture in the combustion chamber of a spark-ignited internal combustion engine and represents as such a novel device, which compared to the Prior art devices, in particular with respect to electrical, combustion engineering and economic aspects offers clear advantages.
Der
Stand der Technik für
die Zündung
eines brennbaren Gas-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine ist
derzeit die Hochspannungs-Kondensator-Zündung (HKZ) und die Transistor-Spulen-Zündung (TSZ)
(siehe auch Seite 517 bis 537, Kraftfahrttechnisches Taschenbuch,
24. Auflage 2002, Herausgeber Robert Bosch GmbH in Stuttgart) sowie
die Magnet-Zündung
(MZ), weiterhin die in dem
Der Ausgangspunkt für die neue Vorrichtung sind die HKZ, TSZ und MZ, welche jeweils einen Energiespeicher für die abzugebene Zündenergie haben.Of the Starting point for the new device are the HKZ, TSZ and MZ, each one Energy storage for the ignition energy to be delivered to have.
Eine HKZ, TSZ und MZ besteht grundsätzlich aus einem Zündkreis Z mit der Primärseite eines Zündübertragers TR1, TR3, TR4, TR6 und einem Hochspannungskreis H mit der Sekundärseite des Zündübertragers TR1, TR3, TR4, TR6.A HKZ, TSZ and MZ basically exist from an ignition circuit Z with the primary side an ignition transformer TR1, TR3, TR4, TR6 and a high voltage circuit H to the secondary side of the ignition transformer TR1, TR3, TR4, TR6.
Die Schaltungsvarianten der HKZ, TSZ und MZ können sowohl in positiver als auch negativer Polarität der Zündspannung ausgelegt werden. Zur leichteren Beschreibung sind die Varianten der HKZ mit positiver Zündspannung erklärt. In der Praxis wird die negative Polarität bevorzugt. Es ergeben sich geringere Durchbruchspannungen bei heißer Mittelelektrode der Zündkerze ZK. Die Masse kann dabei auch eine beliebige Referenzspannung darstellen.The Circuit variants of the HKZ, TSZ and MZ can be in both positive and also negative polarity the ignition voltage be interpreted. For ease of description, the variants the HKZ with positive ignition voltage explained. In practice, the negative polarity is preferred. It turns out lower breakdown voltages at hot center electrode of the spark plug ZK. The mass can also represent any reference voltage.
Beim
Zündkreis
Z der HKZ gibt es bezüglich der
Anordnung des Kondensators C1 und des Schaltelements THY1 zwei Möglichkeiten.
Dadurch ergeben sich die zwei in
Bei Typ 1 ist der Zündkreis Z derart ausgestaltet, daß zwischen dem Anschlußknoten L des Ladegeräts und dem Knoten a eine Diode D2 in Sperrichtung geschaltet ist, dass zwischen dem Knoten a und Masse ein Thyristor/Triac THY1 in Sperrichtung geschaltet ist, dass zwischen dem Knoten a und dem Knoten t1 der Primärseite des Zündübertragers TR1 ein Kondensator C1 geschaltet und der Knoten t2 der Primärseite des Zündübertragers TR1 an Masse geschaltet ist.at Type 1 is the ignition circuit Z designed such that between the connection node L of the charger and node a has a diode D2 turned off, that between the node a and ground, a thyristor / triac THY1 is reverse-connected is that between the node a and the node t1 of the primary side of the ignition transformer TR1 a capacitor C1 connected and the node t2 of the primary side of ignition transformer TR1 is connected to ground.
Bei Typ 2 ist der Zündkreis Z derart ausgestaltet, daß zwischen dem Anschlußknoten L des Ladegeräts und dem Knoten a eine Diode D2 in Durchlaßrichtung geschaltet ist, dass zwischen dem Knoten a und Masse ein Kondensator C1 geschaltet ist, dass zwischen dem Knoten a und dem Knoten t1 der Primärseite des Zündübertragers TR1 ein Thyristor/Triac THY1 in Durchlaßrichtung geschaltet ist und der Knoten t2 der Primärseite des Zündübertragers TR1 an Masse geschaltet ist.at Type 2 is the ignition circuit Z designed such that between the connection node L of the charger and the node a, a diode D2 is connected in the forward direction, that between the node a and ground, a capacitor C1 is connected, that between the node a and the node t1 of the primary side of the ignition transformer TR1 is a thyristor / triac THY1 is switched in the forward direction and the Node t2 of the primary side the ignition transformer TR1 connected to ground.
Der Hochspannungskreis H ist derart ausgestaltet, daß der Knoten t3 der Sekundärseite des Zündübertragers TR1 direkt an den Knoten d der Gasentladungsstrecke GS geschaltet ist.Of the High voltage circuit H is designed such that the node t3 of the secondary side of the Zündübertragers TR1 connected directly to the node d of the gas discharge gap GS is.
Für die Anbindung des Knotens t4 der Sekundärseite des Zündübertragers TR1 gibt es 3 Möglichkeiten: erstens diejenige an Masse, zweitens die mittelspannungs(MV)bezogene an den Knoten t1 der Primärseite des Zündübertragers TR1 und drittens die MV-bezogene an den Knoten a des Zündkreises Z.For the connection of node t4 of the secondary side of the ignition transformer TR1 has 3 options: first, the one to ground, second, the medium voltage (MV) related at the node t1 of the primary side of the ignition transformer TR1 and thirdly the MV-related to the node a of the ignition Z.
Die
2 Ausgestaltungsmöglichkeiten
des Zündkreises
Z und die 3 Ausgestaltungsmöglichkeiten
der Anbindung des Knotens t4 der Sekundärseite des Zündübertragers
TR1 ergeben zusammen die 6 in Bild 1-Bild 6 dargestellten Typen
der HKZ: Typ 1a in
Als
Vorteil in den Typen 1a, 1b, 2a, 2b in
Der Kondensator C1 wird zunächst über die Diode D2 aufgeladen. Der Kondensator C1 wird gesteuert von Eingang e1 über das Schaltelement THY 1 (z.B. bestehend aus einem Thyristor oder Triac) und der Primärseite des Zündübertragers TR1 entladen. Die mit der Sekundär seite des Zündübertragers TR1 erzeugte Hochspannung wird an die Elektrode VS1 der Gasentladungsstrecke GS einer Zündkerze ZK geführt. Gegen Masse erfolgt die Ionisation der Gasentladungsstrecke GS der Zündkerze ZK.Of the Capacitor C1 is first across the diode D2 charged. The capacitor C1 is controlled by input e1 via the Switching element THY 1 (e.g., consisting of a thyristor or triac) and the primary side of the ignition transformer Unload TR1. The one with the secondary side the ignition transformer TR1 generated high voltage is applied to the electrode VS1 of the gas discharge path GS of a spark plug ZK guided. Against mass, the ionization of the gas discharge gap GS is the spark plug ZK.
Beim
Zündkreis
Z der TSZ gibt es bezüglich der
Anordnung der Primärseite
des Zündübertragers TR3
und der Schaltelemente T2 und T3 drei Möglichkeiten. Dadurch ergeben
sich die drei in
Bei Typ 3 ist der Zündkreis Z derart ausgestaltet, daß die Primärseite des Zündübertragers TR3 Knoten t1 an die Betriebsspannung +12V, Knoten t2 von TR3 an den Kollektor des Schaltelements T2 und der Emitter von T2 an Masse angeschlossen ist.at Type 3 is the ignition circuit Z designed such that the primary of the ignition transformer TR3 node t1 to the operating voltage + 12V, node t2 of TR3 the collector of the switching element T2 and the emitter of T2 to ground connected.
Bei Typ 4 ist der Zündkreis Z derart ausgestaltet, daß der Emitter des Schaltelements T3 an Betriebsspannung +12V, der Kollektor von T3 an die Primärseite des Zündübertragers TR3 Knoten t1 und Knoten t2 von TR3 an Masse angeschlossen ist.at Type 4 is the ignition circuit Z designed such that the Emitter of switching element T3 to operating voltage + 12V, the collector from T3 to the primary side of the ignition transformer TR3 node t1 and node t2 of TR3 is connected to ground.
Der Hochspannungskreis H ist derart ausgestaltet, daß der Knoten t3 der Sekundärseite des Zündübertragers TR3 über eine Diode D3 in Sperrichtung an den Knoten d der Gasentladungsstrecke GS geschaltet ist.Of the High voltage circuit H is designed such that the node t3 of the secondary side of the Zündübertragers TR3 over a diode D3 in the reverse direction to the node d of the gas discharge gap GS is switched.
Für die Anbindung des Knotens t4 der Sekundärseite des Zündübertragers TR3 gibt es 3 Möglichkeiten: erstens diejenige an Masse, zweitens die an die Betriebsspannung +12V und drittens die an die Primärseite des Zündübertragers TR3 Typ 3 Knoten t2 und bei Typ 4 Knoten t1 des Zündkreises Z.For the connection of node t4 of the secondary side of the ignition transformer TR3 has 3 options: first, the one to ground, second, the to the operating voltage + 12V and third to the primary side of the ignition transformer TR3 type 3 node t2 and for type 4 node t1 of the ignition circuit Z.
Beim Zündkreis Typ 5 ist der Zündkreis Z derart ausgestaltet, daß der Emitter des Schaltelements T3 an Betriebsspannung +12V, der Kollektor von T3 an die Primärseite des Zündübertragers TR3 Knoten t1, der Kollektor von T2 an Knoten t2 von TR3 und der Emitter von T2 an Masse angeschlossen ist.At the ignition circuit Type 5 is the ignition circuit Z designed such that the Emitter of the switching element T3 to operating voltage + 12V, the collector of T3 to the primary side of the ignition transformer TR3 node t1, the collector of T2 at node t2 of TR3 and the Emitter of T2 connected to ground.
Der Hochspannungskreis H ist derart ausgestaltet, daß der Knoten t3 der Sekundärseite des Zündübertragers TR3 über eine Diode D3 in Sperrichtung an den Knoten d der Gasentladungsstrecke GS und der Knoten t4 von TR3 direkt an den Knoten d' der Gasentladungsstrecke GS' geschaltet ist.Of the High voltage circuit H is designed such that the node t3 of the secondary side of the Zündübertragers TR3 over a diode D3 in the reverse direction to the node d of the gas discharge gap GS and the node t4 of TR3 is connected directly to the node d 'of the gas discharge gap GS'.
Die
3 Ausgestaltungsmöglichkeiten
des Zündkreises
Z und die 4 Ausgestaltungsmöglichkeiten
der Anbindung der Knoten t3 und t4 der Sekundärseite des Zündübertragers
TR3 ergeben zusammen die 7 in
Die Schaltelemente T2 und T3 bestehen z.B. aus Transistoren, wobei T2 ein NPN- und T3 ein PNP-Transistor ist. In älteren Zündanlagen werden mechanische Schalter verwendet. Bei neueren Zündanlagen sind IGBT-Schaltkreise eingesetzt.The Switching elements T2 and T3 consist of e.g. from transistors, where T2 an NPN and T3 is a PNP transistor. In older ignition systems are mechanical Switch used. Newer ignition systems include IGBT circuits used.
Nach Durchschalten der Schaltelemente T2 und T3 mit den gegenläufigen Ansteuersignalen e5 und e6 steigt der Strom durch die Primärseite des Zündübertragers TR3 an. Nach Erreichen eines Höchstwertes schalten Schaltelemente T2 und T3 mit einer definierten Impulsform ab und es wird auf der Sekundärseite des Zündübertragers TR3 eine Hochspannung erzeugt. Die mit der Sekundärseite des Zündübertragers TR3 erzeugte Hochspannung wird an die Elektroden VS1 und VS2 der Gasentladungsstrecke GS und GS' der Zündkerzen ZK geführt. Gegen Masse erfolgt die Ionisation der Gasentlodungsstrecken GS und GS' der Zündkerzen ZK. Diode D3 hat dabei die Funktion der Unterdrückung eines Funkens bei Entstehung der Schließspannung zu dem Zeitpunkt wenn T2 und T3 durchschalten.To Switching the switching elements T2 and T3 with the opposite drive signals e5 and e6 the current through the primary side of the ignition transformer increases TR3 on. After reaching a maximum value switch switching elements T2 and T3 with a defined pulse shape and it will be on the secondary side of the ignition transformer TR3 generates a high voltage. The with the secondary side of ignition transformer TR3 generated high voltage is applied to the electrodes VS1 and VS2 of the Gas discharge gap GS and GS 'the spark ZK led. Against mass, the ionization of the gas discharge lines GS and GS 'of spark plugs ZK. Diode D3 has the function of suppressing a spark when it is created the closing voltage too the time when T2 and T3 switch through.
Bei
der MZ gibt es die zwei in
Bei Typ 6 ist der Zündkreis Z derart ausgestaltet, daß die Primärseite des Zündübertragers TR4 Knoten t1 an dem Kontakt e2 des Unterbrecherschalters S1 angeschlossen ist. TR4 Knoten t2 und Kontakt e1 von S1 sind auf Masse gelegt. Parallel zum Unterbrecherschalter S1 ist der Kondensator C4 angeschlossen.at Type 6 is the ignition circuit Z designed such that the primary of the ignition transformer TR4 node t1 connected to the contact e2 of the breaker switch S1 is. TR4 node t2 and contact e1 of S1 are grounded. Parallel to the breaker switch S1, the capacitor C4 is connected.
Beim Zündkreis Typ 7 ist der Zündkreis Z derart ausgestaltet, daß Knoten t1 des Zündübertragers TR6 mit Kontakt e2 des Unterbrecherschalters S2 und mit Knoten e4 der Generatorspule TR5 verbunden ist. Außerdem ist der Knoten t2 des Zündübertragers TR6, Kontakt e1 des Unterbrecherschalters S2 und Knoten e3 der Generatorspule TR5 mit Masse verbunden. Parallel zum Unterbrecherschalter S2 ist der Kondensator C5 angeschlossen.At the ignition circuit Type 7 is the ignition circuit Z designed such that node t1 of the ignition transformer TR6 with contact e2 of the breaker switch S2 and with node e4 the generator coil TR5 is connected. In addition, node t2 is the ignition transformer TR6, contact e1 of the breaker switch S2 and node e3 of the generator coil TR5 connected to ground. Parallel to the breaker switch S2 is the capacitor C5 connected.
Die Unterbrecherschalter S1 bzw. S2 können auch aus einem elektronischen Schaltelement z.B. Transistor bestehen.The Breaker switch S1 or S2 can also be from an electronic Switching element e.g. Transistor exist.
Der Hochspannungskreis H ist derart ausgestaltet, daß der Knoten t3 der Sekundärseite der Zündübertrager TR4 und TR6 direkt an den Knoten d der Gasentladungsstrecke GS geschaltet ist.Of the High voltage circuit H is designed such that the node t3 of the secondary side of the ignition transformer TR4 and TR6 connected directly to the node d of the gas discharge gap GS is.
Für die Anbindung des Knotens t4 der Sekundärseite des Zündübertragers TR4 und TR6 gibt es 2 Möglichkeiten: erstens diejenige an Masse und zweitens Knoten t4 ist an Knoten t1 des Zündkreises Z von TR4 oder TR6 angeschlossen.For the connection of node t4 of the secondary side of the ignition transformer TR4 and TR6 have 2 options: first, the one to ground and second, node t4 is at node t1 of the ignition circuit Z connected by TR4 or TR6.
Die
2 Ausgestaltungsmöglichkeiten
des Zündkreises
Z und die 2 Ausgestaltungsmöglichkeiten
der Anbindung des Knoten t4 der Sekundärseite des Zündübertragers
TR4 bzw. TR6 ergeben zusammen die 4 Typen der MZ:
Typ 6a in
Type 6a in
Typ
6b in
Der Unterbrecherschalter S1 bzw. S2 ist zunächst geschlossen. Durch die Rotation des Polrades mit dessen Dauermagnete induziert das wechselnde Magnetfeld in der Schaltungsvariante nach Typ. 6 in der Primärwicklung von Zündübertrager TR4 und in der Schaltungsvariante nach Typ 7 in der Generatorspule TR5 einen Strom. Zum Zeitpunkt des höchsten Stroms der Zündzeitpunkt wird der Unterbrecherschalter S1 bzw. S2 mittels Nocken geöffnet. Dadurch wird auf der Sekundärseite des Zündübertragers TR4 und TR6 eine Hochspannung erzeugt. Die mit der Sekundärseite des Zündübertragers TR4 und TR6 erzeugte Hochspannung wird an die Elektroden VS1 der Gasentladungsstrecke GS der Zündkerze ZK geführt. Gegen Masse erfolgt die Ionisation der Gasentladungsstrecke GS der Zündkerzen ZK.Of the Breaker switch S1 or S2 is initially closed. By the Rotation of the pole wheel with its permanent magnets induces the changing Magnetic field in the circuit variant by type. 6 in the primary winding of ignition transformer TR4 and in the circuit variant according to type 7 in the generator coil TR5 a stream. At the time of the highest Electricity the ignition point the breaker switch S1 or S2 is opened by means of cams. Thereby will be on the secondary side of the ignition transformer TR4 and TR6 generates a high voltage. The with the secondary side of ignition transformer High voltage generated by TR4 and TR6 is applied to the electrodes VS1 of the Gas discharge gap GS of the spark plug ZK led. Against mass, the ionization of the gas discharge gap GS is the spark ZK.
Kondensator C4 bzw. C5 hat die Funktion der Unterdrückung einer Hochspannung zwischen den Kontakten des Unterbrecherschalters S1 bzw. S2 während des Öffnens.capacitor C4 or C5 has the function of suppressing a high voltage between the Contacts of the breaker switch S1 or S2 during opening.
Bei der TSZ und der Magnet-Zündung ist im Ruhezustand keine gefährliche Spannung an der Gasentladungsstrecke GS vorhanden.at the TSZ and the magnetic ignition is not dangerous at rest Voltage at the gas discharge gap GS available.
Zündübertrager TR1, TR3, TR4 und TR6 bestehen aus einer Primärwicklung mit wenigen Windungen und einer sekundärseitigen Hochspannungswicklung mit vielen Windungen. Das Windungsübersetzungsverhältnis liegen üblicherweise bei ca. 1 : 100.ignition transformer TR1, TR3, TR4 and TR6 consist of a primary winding with a few turns and a secondary side High voltage winding with many turns. The turn ratio is usually at about 1: 100.
Der fließende Strom erzeugt in der hochohmigen Sekundärwicklung des Zündübertragers TR1, TR3, TR4, TR6 starke Wärmeverluste, so daß der Wirkungsgrad der HKZ, TSZ und MZ sehr niedrig ist. Also nur ein sehr kleiner Teil der im Kondensator C1, auf der Primärseite des Zündübertragers TR3, TR4 und TR6 oder der Generatorspule TR5 gespeicherten Energie wird in der Gasentladungsstrecke GS der Zündkerze ZK in Wärme umgesetzt.Of the flowing Power generated in the high-impedance secondary winding of the Zündübertragers TR1, TR3, TR4, TR6 strong heat losses, so that the efficiency the HKZ, TSZ and MZ are very low. So only a very small one Part of the capacitor C1, on the primary side of the ignition transformer TR3, TR4 and TR6 or the generator coil TR5 stored energy is converted into heat in the gas discharge gap GS of the spark plug ZK.
Die 2EHSZ ist elektrisch aufwendig und benötigt insbesondere zwei Energiespeicher. Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, welche unter Einsparung des zweiten Energiespeichers bezüglich der verbrennungstechnischen Gesichtspunkte die gleichen Vorteile gegenüber der HKZ, TSZ und MZ zeigt wie die 2EHSZ.The 2EHSZ is electrically complex and requires in particular two energy storage. The invention is therefore based on the object, a device indicate which, while saving the second energy storage in terms of the combustion-related aspects the same advantages across from the HKZ, TSZ and MZ shows like the 2EHSZ.
Die wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.The is inventively solved the characterizing features of the main claim.
Dabei wird der Energieinhalt eines Kondensators, einer Primärwicklung eines Zündübertragers oder einer Generatorspule mit hohem Wirkungsgrad auf die Gasentladungsstrecke einer Zündkerze übertragen, indem die Energieübertragung des Zündübertragers nach dem Durchbruch der Gasentladungsstrecke GS bzw. GS' mit einem niederohmigen Hochstromzweig S bzw. S', in welchen eine Hochspannungsdiode D1 bzw. D5 eingeschleift ist, überbrückt wird. Statt der Hochspannungsdiode D1 bzw. D5 können auch ein oder mehrere Bauelemente verwendet werden die den gleichen Zweck dienen. Zum Beispiel eine Induktivität oder Schaltelemente.there becomes the energy content of a capacitor, a primary winding a Zündübertragers or a generator coil with high efficiency on the gas discharge path transmit a spark plug, by the energy transfer of the ignition transformer after the breakthrough of the gas discharge gap GS or GS 'with a low-impedance high-current branch S and S ', in which a high voltage diode D1 or D5 is looped, is bridged. Instead of the high voltage diode D1 or D5 can also be one or more Components are used which serve the same purpose. For example an inductance or switching elements.
Ähnliche oder gleiche Wirkungen bezüglich Zündung und Verbrennung wie in dem am Anfang beschriebenen Patent mit zwei Energiespeichern hat die hier neu vorgestellte Ein-Energiespeicher-Hochstrom-Zündung 1EHSZ, die es in den Ausführungen Ein-Energiespeicher-Hochstrom-Hochspannungs-Kondensator-Zündung 1EHSHKZ, Ein-Energiespeicher-Hochstrom-Transistor-Spulen-Zündung 1EHSTSZ und Ein-Energiespeicher-Hochstrom-Magnet-Zündung 1EHSMZ gibt. Es werden wesentliche Vorteile erzielt was Bauteileaufwand, einfacher Aufbau, dadurch vereinfachter Herstellungsprozeß und die leichtere Nachrüstbarkeit betrifft. Ein wesentlicher Vorteil ist, daß im niedrigen Lastbereich ein hoher Anteil der zur Verfügung stehenden Zündenergie mit hohen Wirkungsgrad genutzt werden kann.Similar or the same effects with respect to ignition and Combustion as in the initially described patent with two energy storage has the newly presented one-energy storage high-current ignition 1EHSZ, it in the versions One-Energy Storage High Current High Voltage Capacitor Ignition 1EHSHKZ, One-Energy Storage High Current Transistor Coil Ignition 1EHSTSZ and 1EHSMZ One Energy Storage High Current Magnetic Ignition gives. There are significant benefits in terms of component cost, simple construction, thereby simplified manufacturing process and the easier retrofitting concerns. A significant advantage is that in the low load range a high proportion of available standing ignition energy can be used with high efficiency.
Die Zündanlage sorgt unter widrigen Entflammungsbedingungen, wie beispielsweise dies bei starker Gemischverdünnung, bei hohem Restgasanteil bzw. Magerkonzepten der Fall ist, und hohen Ladungsströmungen für eine sichere zeitpräzise klopffreie Verbrennungseinleitung.The Ignition provides under adverse flame conditions, such as this with strong mixture dilution, at high residual gas content or lean concepts is the case, and high charge currents for one secure time-accurate knock-free combustion initiation.
Dies führt in bestimmten Betriebszuständen zu einem vergrößerten Betriebsfenster und zu einem höheren Wirkungsgrad, welcher sich in höherer Leistung, besserem Kraftstoffverbrauch und besseren Abgaswerten äußert.This leads in certain operating conditions an enlarged operating window and to a higher one Efficiency, which is higher Performance, better fuel economy and better emissions.
Diese Vorteile ergeben sich vor allem bei 2-Takt-, Mager- und Abgasrückführungs-Konzepten, Gas-, Direkteinspritz-, Hochleistungsmotoren und dieselbetriebenen Kleinaggregaten (Glühkerzenersatz).These Advantages arise especially in 2-stroke, lean and exhaust gas recirculation concepts, gas, Direct-injection, high-performance engines and diesel-powered small aggregates (Glühkerzenersatz).
Die
Bauelemente der Ein-Energiespeicher-Hochstrom-Hochspannungs-Kondensator-Zündung 1EHSHKZ,
Ein-Energiespeicher-Hochstrom-Transistor-Spulen-Zündung 1EHSTSZ
und Ein-Energiespeicher-Hochstrom-Magnet-Zündung 1EHSMZ
können
entsprechend der Schaltungsvarianten
Im
Folgenden wird die über
den Stand der Technik hinausführende
Neuheit mit Hochstromzweig S entsprechend
Dabei
gehen die neuen Varianten
In
den Varianten der
Bei
massebezogenen Hochspannungskreis H in
In
der Variante der
In
der Variante der
In
den Varianten der
In
den Varianten der
In
den Varianten der
In
den Varianten der
Die
Variante der
Bei
MV-bezogenen Hochspannungskreis H in
Als
Vorteil in den
Die Neuheit der Ein-Energie-Hochstrom-Zündung 1EHSZ besteht darin, daß der Energieinhalt des Kondensator C1, der Primärseite der Zündübertrager TR1, TR3 und TR4 und der Generatorspule TR5 gleichzeitig für die Hochspannungs- und Hochstromerzeugung genutzt wird.The The novelty of the one-energy high-current ignition 1EHSZ is that the Energy content of the capacitor C1, the primary side of the ignition transformer TR1, TR3 and TR4 and the generator coil TR5 simultaneously for the high voltage and High current generation is used.
Bei
der 1EHSHKZ in
Bei
der 1EHSTSZ in den
In
der Zündschaltung
nach
Der folgend beschriebene Entladevorgang setzt nach Ionisation und dem Zusammenbruch der Zündspannung auf die Brennspannung der Gasentladungsstrecke GS bzw. GS' ein. Dann fließt der Strom aus dem Kondensator C1 bei 1EHSHKZ, der Primärwicklung des Zündübertragers TR3 bei 1EHSTSZ oder Zündübertrager TR4 und der Generatorspule TR5 bei 1EHSMZ über Hochstromzweig S bzw. S'.Of the discharging process described after ionization and the Breakdown of ignition voltage to the burning voltage of the gas discharge gap GS or GS 'a. Then the current flows from the capacitor C1 at 1EHSHKZ, the primary winding of the Zündübertragers TR3 at 1EHSTSZ or ignition transformer TR4 and the generator coil TR5 at 1EHSMZ over high-current branch S or S '.
Der
Stromverlauf des Hochstromzweigs S bzw. S' wird nun durch die Entladung des Kondensators
C1 bzw. der Primärwicklung
der Zündübertrager TR3
und TR4 und der Generatorspule TR5 als Teil eines Schwingkreises
oder gesteuert durch den Eingang e2 eines Schaltelements T1 (siehe
Zusätzlich kann im Zweig zwischen b1 und b2 ein Übertrager TR2 zur Impedanz- oder Polaritätsanpassung gegen Masse oder Betriebsspannung eingeschleift werden. Zum Schutz vor Kurzschluß ist auf der Primärseite des Übertragers TR2 eine Z-Diode in Sperrichtung oder ein Steuerelement eingeschleift.In addition, can in the branch between b1 and b2 a transformer TR2 for impedance or polarity adjustment be looped against ground or operating voltage. For protection short circuit is on the primary side of the transformer TR2 a Z-diode in the reverse direction or a control looped.
Zum schnellen Erreichen des Arbeitspunktes der Kennlinie der Gasentladungsstrecke GS bzw. GS' in der 1EHSTSZ und 1EHSMZ kann es notwendig sein zwischen Knoten b2 bzw. b2' und Masse bzw. Betriebsspannung einen niederohmigen und -induktiven Hilfskreis HK als Bestandteil des Impulsformungsfilters F1 vorzusehen. Die dazu nötige zusätzliche Primärwicklung auf Übertrager TR3 und TR4 oder zusätzliche Speicherdrossel entlädt sich vor der Hauptentladung über eigenen niederohmigen Widerstand, Induktivität und/oder Steuerelement. Der Hilfskreis HK kann auch einen eigenen Zündkreis mit eigenen Steuerelement besitzen. Der Hilfskreis HK kann auch eine eigene zur Gasentladungsstrecke GS bzw. GS' Knoten d bzw. d' führende HV-Diode besitzen. Dies kann die notwendige Zündenergie über den Hochspannungskreis H verringern, da der Anlaufstrom über den Hochstomzweig S niedriger ist.To the fast reaching the operating point of the characteristic of the gas discharge path GS or GS 'in the 1EHSTSZ and 1EHSMZ it may be necessary between node b2 or b2 'and mass or Operating voltage is a low-resistance and -inductive auxiliary circuit Provide HK as part of the pulse shaping filter F1. The necessary additional primary on transformer TR3 and TR4 or additional Storage throttle discharges over before the main discharge own low-impedance, inductance and / or control. Of the Hilfskreis HK can also have its own ignition circuit with its own control have. The auxiliary circuit HK can also its own to the gas discharge line GS or GS 'node d and d 'leading HV diode have. This can provide the necessary ignition energy over the high voltage circuit H, since the starting current across the Hochstomzweig S lower is.
Der Zweig zwischen b1 und b2 kann auch einen Energiezwischenspeicher beinhalten, der beispielsweise aus einen gegen Masse oder Betriebsspannung geschalteten Kondensator besteht. Dieser Kondensator nimmt die Energie von dem Kondensator C1 oder der Primärseite von Zündübertrager TR3 und TR4 oder der Generatorspule TR5 auf und gibt später die Energie an die Gasentladungsstrecke GS bzw. GS' durch entsprechendes Anschalten wieder ab. Dies dient der Polaritäts- oder Impedanzanpassung.Of the Branch between b1 and b2 can also have a power cache include, for example, one against ground or operating voltage switched capacitor consists. This capacitor takes the energy from the capacitor C1 or the primary side of the ignition transformer TR3 and TR4 or the generator coil TR5 and gives the later Energy to the gas discharge gap GS or GS 'by switching on again. This serves the polarity or impedance matching.
In
den Zweigen c1 und t1 bzw. a und t2 kann in der 1EHSTSZ und 1EHSMZ
ein Impulsformungsfilter F4 (siehe
Bei der 1EHSTSZ und 1EHSMZ kann der Stromverlauf über den Hochstromzweig S bzw. S' auch Schwingungen aufweisen, da bei unzureichender Energienachlieferung aus der Primärwicklung des Zündübertragers TR3, TR4 oder der Generatorspule TR5 die Gasentladung in der Gasentladungsstrecke GS bzw. GS' abreißt und sich anschließend wieder aufbaut.at 1EHSTSZ and 1EHSMZ, the current flow over the high-current branch S or S 'also vibrations have, since in insufficient energy supply from the primary winding of ignition transformer TR3, TR4 or the generator coil TR5, the gas discharge in the gas discharge path GS or GS 'breaks off and itself then again builds.
Die Gasentladung (Lichtbogen) erzeugt eine definierte Plasmaenergieverteilung in der Gasentladungsstrecke GS bzw. GS' die zur sicheren Flammenkernbildung des brennbaren Gas-Kraftstoff-Gemischs führt.The Gas discharge (arc) generates a defined plasma energy distribution in the gas discharge gap GS or GS 'for safe flame kernel formation of the combustible gas-fuel mixture leads.
Man könnte diesen Vorgang auch als akustischen Wellenvorgang ansehen, dessen Phasen die Anregungsphase, Ausbreitung im Nahefeld und Ausbreitung im Fernfeld umfaßt.you could See this process as an acoustic wave process, the Phase the excitation phase, propagation in the near field and propagation covered in the far field.
Entsprechend der Gasentladungscharakteristik und der gewählten Bauteilgrößen des Schwingkreises liegt die Impulslänge zwischen 1 und 100 μs, die Ströme bzw. Spannungen in der Gasentladungsstrecke GS bzw. GS' liegen zwischen 1 und 100 A bzw. 200 und 1500V.Corresponding the gas discharge characteristic and the selected component sizes of Oscillating circuit is the pulse length between 1 and 100 μs, the streams or voltages in the gas discharge gap GS or GS 'lie between 1 and 100 A or 200 and 1500V.
Durch
die in den weiteren Unteransprüchen angegebenen
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den
Im Folgenden wird das Anwendungsbeispiel einer 1EHSHKZ-Anlage für Ottomotore mit einem Zylinder beschrieben. Die folgend beschriebenen Weiterbildungen und Verbesserungen sind auch in Anwendungen der 1EHSTSZ und 1EHSMZ einsetzbar.in the The following is the application example of a 1EHSHKZ system for gasoline engines described with a cylinder. The following developments described and improvements are also in applications of 1EHSTSZ and 1EHSMZ used.
Dabei zeichnet sich die Zündanlage aus durch die Verwendung nur eines Kondensators C1, welcher gleichzeitig für die Zündspannungs- und Hochstromerzeugung verwendet werden kann. Hierzu entlädt sich Kondensator C1 von Knotenpunkt a über die Primärwicklung des Zündübertragers TR1 als kapazitives Zündsystem HKZ nach Ansteuerung des Schaltelements THY1 so lange bis der Durchbruch der Gasentladungsstrecke GS erfolgt und diese niede rohmig wird. Dadurch entlädt sich Kondensator C1 von Knotenpunkt a über eine HV-Diode D1 (zwischen Knoten b3 und b4), welche die Energieübertragung des Zündübertragers TR1 überbrückt, direkt über die Gasentladungsstrecke GS. Bei kleinen Ladespannungen des Kondensators C1 ist der Hochstromzweig S sehr niederohmig auszulegen, damit mit der Restladung ein genügend starker Stoßstrom fließen kann. Die HV-Diode D1 wirkt dabei als niederohmiger Bypass parallel zur Sekundärseite des Zündübertragers TR1.there is the ignition system from the use of only one capacitor C1, which at the same time for the Zündspannungs- and high current generation can be used. For this purpose discharges Capacitor C1 from node a via the primary winding of the ignition transformer TR1 as a capacitive ignition system HKZ after activation of the switching element THY1 until the breakthrough the gas discharge gap GS takes place and this low becomes rough. This will unload Capacitor C1 from node a via a HV diode D1 (between Node b3 and b4), which is the energy transfer of the Zündübertragers TR1 bypasses, directly over the Gas discharge gap GS. At low charging voltages of the capacitor C1 is the high current branch S interpreted very low impedance, so with the remaining charge is sufficient strong surge current can flow. The HV diode D1 acts as a low-impedance bypass in parallel to secondary side of the ignition transformer TR1.
Hochspannungskreis H und Hochstromzweig S werden über ein Koppelelement ES zusammengeführt, dessen Komponenten im wesentlichen aus der HV-Diode D1 besteht, die in dem Hochstromzweig S eingeschleift ist. Sie sorgt dafür, daß die durch den Hochspannungskreis H an die Elektroden geführte Hochspannung durch den parallel geschalteten Hochstromzweig S nicht kurzgeschlossen wird. Dabei befindet sich das Koppelelement ES in der Nähe der Gasentladungsstrecke GS der Zündkerze ZK.High voltage circuit H and high current branch S are over a coupling element ES merged, whose components consist essentially of the HV diode D1, which is looped in the high-current branch S. She makes sure that through the high voltage circuit H to the electrodes led high voltage through the parallel-connected high-current branch S is not short-circuited. there is the coupling element ES in the vicinity of the gas discharge path GS of the spark plug ZK.
Diese Anordnung kann auch zur Nachrüstung von konventionellen HKZ-Anlagen in Form eines Bypasses verwendet werden. Dies gilt vor allem bei Kleinmotoren bei denen wenig Zündenergie zur Verfügung steht.These Arrangement can also be retrofitted used by conventional HKZ systems in the form of a bypass become. This is especially true for small engines where little ignition energy to disposal stands.
Im
Anwendungsbeispiel (
Im Zweig zwischen den Knoten b1 und b2 sind die entladungsverlaufsbestimmenden passiven Bauelemente als Impulsformungsfilter F1 die Induktivität L1, der Widerstand R1 und/oder das aktive Schaltelement T1 mit Steuereingang e2 eingefügt. Zusätzlich ist im Impulsformungsfilter F1 ein Übertrager TR2 zur Impedanz- oder Polaritätsanpassung eingeschleift. Mit dem Schaltelement T1 kann der zeitliche Verlauf des Stoßstroms bestimmt werden und der Schutz vor vorzeitiger Entladung des Kondensators C1 über die Primärseite des Übertragers TR2 erreicht werden.in the Branch between nodes b1 and b2 are the discharge history determining passive components as a pulse shaping filter F1, the inductance L1, the Resistor R1 and / or the active switching element T1 with control input e2 inserted. In addition is in the pulse shaping filter F1 a transformer TR2 looped in for impedance or polarity matching. With the switching element T1, the time profile of the surge current be determined and the protection against premature discharge of the capacitor C1 over the primary side of the transformer TR2 be achieved.
Zum schnellen Erreichen des Arbeitspunktes der Kennlinie der Gasentladungsstrecke GS kann es notwendig sein zwischen Knoten b2 oder b2' und Masse einen niederohmigen und -induktiven Hilfskreis HK als Bestandteil des Impulsformungsfilters F1 vorzusehen. Der dazu nötige zusätzliche Kondensator C2 entlädt sich vor der Hauptentladung über eigenen niederohmigen Widerstand R2, Induktivität L4 und/oder eigenes Steuerelement. Sollte der Hilfskreis HK eine eigene zur Gasentladungsstrecke GS Knoten d führende HV-Diode besitzen muß Kondensator C2 separat aufgeladen werden. Dies kann die notwendige Zündenergie über den Hochspannungskreis H verringern, da der Anlaufstrom über den Hochstomzweig S niedriger sein kann.To the fast reaching the operating point of the characteristic of the gas discharge path GS may be necessary between node b2 or b2 'and ground one Low-resistance and -inductive auxiliary circuit HK as part of the Provide pulse shaping filter F1. The necessary additional capacitor C2 discharges before the main discharge over own low-resistance R2, inductance L4 and / or own control. If the auxiliary circuit HK own gas discharge line GS node the leading one HV diode must own capacitor C2 charged separately. This can provide the necessary ignition energy over the Reduce high voltage circuit H, as the starting current across the high current branch S can be lower.
Zum selben Zweck kann auch ein niederohmiger Hilfsbypass HB in das Impulsformungsfilter F1 bestehend aus der Reihenschaltung von Kondensator C6, Widerstand R5, Induktivität L5 und/oder eigenes Steuerelement parallel den entladungsverlaufsbestimmenden Bauelementen geschaltet werden.To the A low-resistance auxiliary bypass HB can also be used in the pulse shaping filter for the same purpose F1 consisting of the series connection of capacitor C6, resistor R5, inductance L5 and / or own control in parallel the discharge course determining Components are switched.
Die Ankopplung des Hochstromzweigs S an den Eingang des entstörenden Zündkerzensteckers ES erfolgt über eine un- oder -geschirmte Leitung. Die HV-Diode D1 sorgt für die Entkopplung des Hochspannungskreises- H von dem Hochstromzweig S und ist im Zündkerzenstecker ES nahe der Gasentladungsstrecke GS der Zündkerze ZK mit den Entstörfiltern (F2, F3) und (F5, F6) vergossen.The Coupling of the high-current branch S to the input of the suppressing spark plug ES over an unshielded or shielded cable. The HV diode D1 ensures the decoupling of the high-voltage circuit H from the high-current branch S and is in spark plug ES near the gas discharge gap GS of the spark plug ZK with the anti-interference filters (F2, F3) and (F5, F6) shed.
Wenn die HV-Diode D1 sich geometrisch in der Nähe des Zündkerzensteckers ES befindet, kann der Ausgang des Hochspannungskreises H von Zündübertrager TR1 Knoten t3 auch ohne Koaxialleitung an den Eingang des Zündkerzensteckers ES geführt werden. Die Vorteile sind eine verzögerungsfreie Aufladung mit geringem Energiebedarf durch eine parasitärkapazitätsarme Zuleitung der Zündspannung. Weitere Vorteile sind die Entstörwirkung der HV-Diode D1 im Zündkerzenstecker ES, der gemeinsame Verguß aller Hochspannung führenden Bauelemente wie HV-Diode D1, Entladungsschutzdiode D3 mit Varistor R4 und den Entstörbauelementen Kondensator C3, Induktivitäten L2, L3, Widerstand R3.If the HV diode D1 is geometrically close to the spark plug ES, can the output of the high voltage circuit H of Zündübertrager TR1 node t3 also without coaxial cable to the inlet of the spark plug connector IT led become. The advantages are a delay-free charging with low energy requirement due to low parasitic capacitance supply of the ignition voltage. Further advantages are the suppression effect of HV diode D1 in the spark plug connector ES, the common casting of all High voltage leading components as HV diode D1, discharge protection diode D3 with varistor R4 and the Suppressor components Capacitor C3, inductors L2, L3, resistor R3.
Im Hochspannungskreis H zwischen den Knoten c2 und c3 ist eine Entladeschutzdiode D3 eingeschleift. Diese verhindert die Entladung des Kondensators C1 über die sekundärseitige Wicklung des Zündübertragers TR1. Sollte der Durchbruch auf Grund einer Störung nicht zustande kommen, schwingt die Spannung am Ausgang des Zündübertragers TR1 in die umgekehrte Polarität. Zur Begrenzung der zulässigen Höchstspannung der Entladeschutzdiode D3 sind ein Varistor R4, Surpressordiode, gasgefüllte Überspannungsableiter oder andere hochspannungsbegrenzende Bauteile parallel zu schalten.in the High voltage circuit H between nodes c2 and c3 is a discharge protection diode D3 looped in. This prevents the discharge of the capacitor C1 over the secondary side Winding the ignition transformer TR1. If the breakthrough due to a failure does not materialize, oscillates the voltage at the output of the ignition transformer TR1 in reverse polarity. To limit the permissible high voltage the discharge protection diode D3 are a varistor R4, Surpressor diode, gas-filled surge arresters or other high voltage limiting components in parallel.
Es kann auch eine Hochspannungsdiode für D3 verwendet werden. Dabei entfällt die Schutzbeschaltung durch R4, da die Sperrspannung einer HV-Diode für D3 so bemessen wird, daß diese nicht durchbrechen kann.It Also, a high voltage diode for D3 can be used. there deleted the suppressor by R4, since the reverse voltage of a HV diode for D3 is measured so that these can not break through.
In
Zweig zwischen TR1 Knoten t3 und c2 außerdem c3 und GS Knoten d können Entstörfilter
F5 bzw. F6 (
Wenn
sich die HV-Diode D1 geometrisch in der Nähe der Gasentladungsstrecke
GS befindet, wird der durch den Durchbruch ausgelöste Spannungssprung
nicht auf den Hochstromzweig S übertragen.
Dies sorgt für
eine verminderte Störspannung/-strahlung.
Dieser Vorteil kann durch zusätzliche
Entstörfilter
F2 und F3 (
Entstörfilter F3 besteht aus einer Drossel L2 oder einem Ferritring der z.B. über den Mittelkontakt der Zündkerze ZK gefädelt ist. Als Entstörfilter F2 kann zusätzlich ein Kondensator C3 zur Bildung eines Tiefpaßes integriert werden. Dieser könnte als selbstklebender Flächenkondensator C3 auf den Motorblock angebracht werden oder bei tiefen Zündkerzen-Schacht mit Masse kontaktiert werden.Noise Filter F3 consists of a choke L2 or a ferrite ring of e.g. on the Center contact of the spark plug ZK threaded is. As a noise filter F2 can additionally a capacitor C3 be integrated to form a low-pass filter. This could as a self-adhesive surface capacitor C3 be mounted on the engine block or deep spark plug shaft with mass be contacted.
Es ist darauf zu achten, daß die Entstörbauelemente geometrisch so nahe wie möglich an der Gasentladungsstrecke GS liegen. Sie können auch eine impulsverlaufsbestimmende Wirkung im Hochstromzweig S haben.It Care must be taken to ensure that the suppression components geometrically as close as possible lie at the gas discharge gap GS. They can also be a pulse-determining Have effect in high current branch S.
Bei tiefen Zündkerzen-Schächten können auch Verlängerungsstecker zwischen Zündkerzenstecker ES und Zündkerze ZK verwendet werden. Das Koppelelement ES wird dabei mit Gummidichtstücken befestigt oder mechanisch verschraubt.at deep spark plug bays can also extension Cable between spark plug connector ES and spark plug ZK be used. The coupling element ES is fastened with rubber seals or mechanically bolted.
Alle Bauelemente des Koppelelements ES und der Zündübertrager TR1 können in einem mit dem Motorblock bzw. Zylinderkopf(-deckel) elektrisch verbunden (geschirmten) Kästchen oberhalb oder innerhalb des Zündkerzenschachts untergebracht werden. Dies dient der Verminderung von Störaussendungen.All Components of the coupling element ES and the ignition transformer TR1 can in one electrically connected to the engine block or cylinder head (cover) (shielded) box above or inside the spark plug shaft be housed. This serves to reduce emissions.
Ist der Zündkerzenstecker ES nicht in einem tiefen Zündkerzen-Schacht eingebaut, wie bei älteren Motoren, kann zusätzlich ein Schirmblech oder eine EMV-Beschichtung(-Spray), welches geeignet außen angebracht wird, die Entstörwirkung verstärken.is the spark plug connector Not in a deep spark plug shaft built-in, as with older ones Engines, in addition a shield plate or an EMC coating (spray), which suitably mounted outside is, the suppression effect strengthen.
Alle Bauteile und Schaltungskomponenten können geometrisch in der Nähe oder örtlich abgesetzt von der Gasentladungsstrecke GS positioniert bzw. in Gehäusen untergebracht werden. Bei von der Gasentladungsstrecke GS abgesetzten Entstörbauelementen C3, R3, L2, L3 und/oder HV-Diode D1, sind entsprechende Schirmmaßnahmen zu treffen oder eine koaxiale Zuleitung vorzusehen. Diese besitzt eine hohe parasitäre Kapazität, welche eine Zündverzögerung durch die notwendige Aufladung im Hochspannungskreis H verursacht. Dies ist mit dem Nachteil verbunden, daß die Ladungsenergie im Hochspannungskreis H aufgebracht werden muß.All Components and circuit components may be geometrically close or locally offset positioned by the gas discharge gap GS or accommodated in housings become. In remote from the gas discharge gap GS suppression C3, R3, L2, L3 and / or HV diode D1, are corresponding shielding measures or to provide a coaxial feed line. This one has high parasitic Capacity, which an ignition delay by caused the necessary charging in the high-voltage circuit H. This is associated with the disadvantage that the charge energy in the high voltage circuit H must be applied.
Die Komponenten Zünd- Z und Hochstromkreis S können auch in eine heute übliche Motor steuerung integriert werden.The Components ignition Z and high circuit S can also in a usual today Engine control integrated.
Diese Schaltungsanordnung ist vor allem bei schneller und somit niederohmiger Hochstromentladung anwendbar, da sonst die Ladung des Kondensators C1 über die Primärseite des Zündübertragers TR1 zu schnell abfließt, und damit weniger oder keine Ladung für die Generierung des Hochstroms über den Hochstromzweig S zur Verfügung steht.These Circuit arrangement is especially at faster and thus lower impedance High current discharge applicable, otherwise the charge of the capacitor C1 over the primary side the ignition transformer TR1 drains off too fast, and thus less or no charge for generating the high current over the High current branch S available stands.
Damit dies verhindert wird, kann eine Abschaltung oder Begrenzung des Primärstroms über den Zündübertrager TR1 mittels eines Schaltelements nach dem Durchbruch der Gasentladungsstrecke GS mit dem Impulsformungsfilter F4 zwischen Knoten c1 und t1 erfolgen. Zur Begrenzung oder Verzögerung der Entladung über den Zündkreis Z können ein Widerstand, Induktivität, Kondensator C7 und/oder Schaltelement im Zweig zwischen Knoten c1 und t1 eingeschleift werden.In order to this is prevented, a shutdown or limitation of the Primary flow over the ignition transformer TR1 by means of a switching element after the breakthrough of the gas discharge path GS done with the pulse shaping filter F4 between node c1 and t1. To limit or delay the discharge over the ignition circuit Z can a resistor, inductance, Capacitor C7 and / or switching element in the branch between node c1 and t1 are looped.
Außerdem kann die Entladung über die Primärwicklung des Zündübertragers TR1 bei kapazitiven Zündanlagen unmittelbar nach dem Durchbruch der Gasentladungsstrecke GS mit einem Schaltelement abgeschaltet werden, da keine langandauernde Brennspannung benötigt wird.In addition, can the discharge over the primary winding of the ignition transformer TR1 for capacitive ignition systems immediately after the breakthrough of the gas discharge gap GS with be switched off a switching element, since no long-lasting burning voltage needed becomes.
Es kann auch ein Zündübertrager TR1 mit großer Zeitkonstante verwendet werden bzw. durch externe Bauelemente eine Begrenzung mit Impulsformungsfilter F4 und Entstörfilter F5 und F6 die Zeitkonstante erhöht werden.It can also be an ignition transformer TR1 with big Time constants are used or by external components Limitation with pulse shaping filter F4 and noise filter F5 and F6 the time constant elevated become.
Diese schaltungstechnischen Anordnungen führen auch zu einer geringeren Elektrodenerosi on der Zündkerze.These Circuitry arrangements also lead to a lower Electrode erosion of the spark plug.
Weiterhin kann abhängig vom Betriebspunkt des Motors die Ladespannung am Kondensator C1 oder der Entladeverlauf im Hochstromzweig S mit Steuerelement T1 variiert werden bzw. die Entladung ganz abgeschaltet werden. Dabei kann nach abgeschalteten Entladevorgängen die Energie des teilweise entladenen Kondensators C1 für eine neue Entladung genutzt werden.Farther can be dependent from the operating point of the motor, the charging voltage at the capacitor C1 or the discharge in the high-current branch S with control T1 varies be switched off or the discharge completely. It can after disconnected discharging the Energy of partially discharged capacitor C1 for a new one Discharge be used.
Durch Vermeidung von Stromspitzen wird der Elektrodenverschleiß durch Funkenerosion reduziert. Dies ist bei einem Entladeverlauf des Hochstromzweigs S im aperiodischen Grenzfall oder Kriechfall gegeben.By Avoidance of current peaks is the electrode wear through Spark erosion reduced. This is at a discharge of the high-current branch S in the aperiodic limit case or crawl case.
Die Schaltungsanordnung der 1CHSHKZ führt zu Einsparungen seitens des Bauelementeaufwands bei dem Kondensator C1 und der Ladeschaltung L. Außerdem wird vom Betriebszustand des Motors abhängig die geringstmögliche Energie im Zündkreis Z verbraucht, so daß immer die maximale Energie im Hochstromzweig S verfügbar ist.The Circuitry of 1CHSHKZ leads to savings on the part the component cost of the capacitor C1 and the charging circuit L. Besides depends on the operating condition of the engine, the lowest possible energy in the ignition circuit Z consumed, so that always the maximum energy in high current branch S is available.
Zur Verbesserung der Zündsicherheit können auch Mehrfachentladungen/-funken angewendet werden.to Improvement of ignition safety can also multiple discharges / sparks are applied.
An den Knoten a, b, c oder d kann ein Spannungsmesser V gegen Masse angeschlossen werden der zur Auswertung des Spannungsverlaufs U während der Entladung des Kondensators C1 dient.At the node a, b, c or d can be a voltmeter V to ground be connected to the evaluation of the voltage curve U during the Discharge of the capacitor C1 is used.
Außerdem kann zur Bewertung des Hochstromimpulses I ein Strommesser A vorzugsweise im Hochstromzweig S eingeschleift werden. Der Strommesser A kann durch die Leuchtdiode LED des Optokopplers IC1 dargestellt werden.In addition, can to evaluate the high-current pulse I, an ammeter A is preferably be looped in the high current branch S. The ammunition A can represented by the LED of the opto-coupler IC1.
Das Signal U bzw. I wird durch die Analyseschaltung T ausgewertet und mit Ausgang e3 zur Auf- und Entladesteuerung eingesetzt.The Signal U or I is evaluated by the analysis circuit T and with output e3 used for loading and unloading.
Das Signal U bzw. I wird durch die Analyseschaltung M ausgewertet und mit Ausgang e4 zur Fehlentladungserkennung oder Betriebspunkterkennung eingesetzt.The Signal U or I is evaluated by the analysis circuit M and with output e4 for false discharge detection or operating point detection used.
Der Aufladevorgang des Kondensators C1 kann nach der letzten Entladung z.B. mittels eines Zeitgliedes bestehend aus einem Monoflop-Schaltglied oder prozeßgesteuert um die Funkenbrenndauer verzögert werden. Dies sorgt auch für das Löschen des Thyristors THY1. Die Aufladeverzögerung mit einem Zeitglied dient der Verhinderung der Aufladung von Kondensator C1 während des Zündvorgangs.Of the Charging of the capacitor C1 can after the last discharge e.g. by means of a timer consisting of a monoflop switching element or process-controlled delayed by the spark burning time become. This also takes care of the deletion of the Thyristor THY1. The charging delay with a timer is used to prevent the charging of capacitor C1 while the ignition process.
Zum Starten eines Zeitgliedes wird mit der Analyseschaltung T zunächst der Durchbruchszeitpunkt der Gasentladungsstrecke GS ermittelt.To the Starting a timer is the analysis circuit T first the Breakthrough time of the gas discharge gap GS determined.
Fehlentladungserkennung dient dem Motorschutz bei Fehlentladungen und -zündungen.Faulty discharge detection is used for engine protection in case of incorrect discharges and ignitions.
Im einfachsten Fall wird in den Hochstromzweig S ein Leuchtkörper LED zur optischen Kontrolle von Fehlentladungen in Durchlaßrichtung eingeschleift. Zur Spannungsbegrenzung kann eine Widerstand parallel geschaltet werden, der auch aus einem spannungsbegrenzenden Bauelement, z.B. einer Z-Diode D4 bestehen kann. Zur Strombegrenzung kann zum Leuchtkörper LED ein Widerstand in Reihe geschaltet werden. Dies kann auch ein strombegrenzendes Bauelement oder Schaltung, z.B. eine Konstantstromquelle sein. Bei optisch erkannten Fehlentladungen ist ein manueller Eingriff des Nutzers, z.B. durch Abschalten des Motors, notwendig. Dabei schützt Diode D3 vor Fehlauswertungen während des Entstehens der Schließspanung.in the The simplest case is in the high-current branch S, a luminous LED for optical control of false discharges in the forward direction looped. For voltage limitation, a resistor can be parallel be switched, which also consists of a voltage-limiting component, e.g. a Zener diode D4 can exist. For current limitation can to illuminant LED a resistor can be connected in series. This can also be one current limiting device or circuit, e.g. a constant current source be. For optically detected faulty discharges is a manual intervention of the user, e.g. by switching off the engine, necessary. there protects Diode D3 before false evaluations during the emergence of clamping clamping.
Mit der Analyseschaltung M wird der Motorschutz bei Fehlentladungen mit Signal e4 automatisiert. Die Erkennung bzw. Kontrolle der Hochstromentladung über Hochstromzweig S wird in der Analyseschaltung M entweder durch Strommessung mit Strommesser A oder Spannungsmessung mit Spannungsmesser V durchgeführt. Eine Logikschaltung zur Erkennung oder Überwachung von Entladungsausfällen des Kondensators C1 z.B. verursacht bzw. durch Unterbrechung, Kurzschluß oder Bauelementeschaden, kann in Analyseschaltung M vorgesehen werden. Mittels Eingriff in die Motorsteuerung können durch Gemisch- bzw. Zündzeitpunkt-Beeinflussung oder Abschaltung der Zündanlage Motorschäden durch Überhitzung verhindert werden, in dem Falle wenn der Hochstromimpuls über den Hochstromkreis S ausbleibt. Dazu ist an der Analyseschaltung M ein Schaltausgang e4 für die Abschaltung des Motors oder/und ein Signalausgang e4 zur Gemisch- bzw. Zündzeitpunkt-Beeinflussung vorgesehen.With the analysis circuit M is the engine Protection with false discharges with signal e4 automated. The detection or control of high-current discharge via high-current branch S is carried out in the analysis circuit M either by current measurement with current meter A or voltage measurement with voltmeter V. A logic circuit for detecting or monitoring discharge failures of the capacitor C1 caused, for example, or by interruption, short circuit or component damage, can be provided in analysis circuit M. By intervening in the engine control engine damage can be prevented by overheating by mixture or Zündzeitpunkt influencing or switching off the ignition system, in the event that the high-current pulse on the high circuit S fails. For this purpose, a switching output e4 for switching off the motor or / and a signal output e4 for the mixture or ignition timing influencing is provided at the analysis circuit M.
In dem Zündkreis Z und Hochspannungskreis H kann der Innenstrom Iion, Iion' mit dem eingeschleiften Strommesser A gemessen werden. Die Signale Iion, Iion' können auch von der Analyseschaltung M ausgewertet werden.In the ignition circuit Z and high voltage circuit H, the internal current Iion, Iion 'with the looped Ammeters A are measured. The signals Iion, Iion 'can also be evaluated by the analysis circuit M.
Außerdem können die Erkennung und Bewertung der Betriebswerte z.B. Gemischverhältnis, Klopfen, Brennrauminnendruck, Takterkennung usw. durchgeführt werden und die Veränderung von Betriebszuständen mit der Motorsteuerung z.B. Gemisch- und Zündzeitpunkteinstellungen durchgeführt werden.In addition, the Recognition and evaluation of the operating values e.g. Mixture ratio, tapping, Combustion chamber pressure, tact detection, etc. are performed and the change of operating conditions with the motor control e.g. Mixture and Zündzeitpunkteinstellungen be performed.
Diese Zündanlage kann auch in anderen Wärmekraftmaschinen oder Heizungsanlagen eingesetzt werden.These Ignition can also be used in other heat engines or heating systems are used.
Claims (32)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE200610040982 DE102006040982A1 (en) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | Energy storage-high current-ignition for electrical circuit for ignition of combustible gas fuel mixture in combustion chamber of spark ignition internal combustion engine, has high voltage condenser ignition and transistor coil ignition |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE200610040982 DE102006040982A1 (en) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | Energy storage-high current-ignition for electrical circuit for ignition of combustible gas fuel mixture in combustion chamber of spark ignition internal combustion engine, has high voltage condenser ignition and transistor coil ignition |
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