DE2362024A1

DE2362024A1 - Kondensatorzuendsystem mit einer zuendfunkendauer-verlaengerungsschaltung

Info

Publication number: DE2362024A1
Application number: DE2362024A
Authority: DE
Inventors: Peter Dogadko
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1972-12-14
Filing date: 1973-12-13
Publication date: 1974-06-20
Also published as: IT994370B; GB1392688A; US3832986A; JPS4987929A; FR2211051A5

Description

PATENTANWALTF

DIPL.-!NG. LEO FLEUCHAUS

DR.-ING. HANS LEYH
Dipl.-Ing. Ernst Rathmann 2 36202 A

München 7i, den 12. Dez. 1973

Melchloretr. 42

Unser Zeichen: MO93P-1047

Motorola, Inc. 9401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V. St. A.

Kondensatorzündsystem mit einer Zündfunkendauer-Verlängerungs s chaltung

Die Erfindung betrifft ein Kondensator zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit einemJHauptspeicherkondensator, einer elektrisch mit dem Hauptspeicherkondensator gekoppelten Zündspule und einer. Ladeschaltung für den Hauptspeicherkondensator sowie ferner mit Einrichtungen zur Erzeugung eines Zündimpulses in Abhängigkeit von dem Betrieb der Brennkraftmaschine und der Stellung eines ersten Steuerschalters* um den Hauptspeicherkondensator über die Zündspule zu entladen, und mit einer Zündfunkendauer - Verlange rungs schaltung,

Fs/mü . Die immer

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Die immer strengeren Anforderungen des Umweltschutzes führen dazu, daß die Zündung bei Verbrennungskraftmaschine!! von elektronischen Systemen ausgelöst werden muß, die eine gute Anpassung an die herrschenden Betriebsbedingungen ermöglichen. Auf der Suche nach günstigen Zündsystemen wurde das Kondensatorzündsystem immer weniger berücksichtigt und das Hauptinteresse auf HalMeiterzündsysteme gerichtet. Von diesen Zündsystemen benötigen einige voluminöse Lastwiderstände und starke Batterieleistungen. In der Regel sind derartige Systeme auch bezüglich hoher Geschwindigkeiten begrenzt. Ein Grund für die Hinwendung zu diesen Systemen und die Abwendung von den kapazitiven Kondensatorzündsystemen besteht in der Fähigkeit der zuerst genannten Systeme, einen wesentlich langer dauernden Zündfunken mit einer konventionellen Zündspule erzeugen zu können, als dies bei kapazitiven Kondensatorzündsystemen der Fall ist. Die Zündfunkendauer bei diesen Systemen liegt grob in der Größenordnung von 1, 2 Millisekunden, während bei den herkömmlichen Kondensator zündsystemen die Zündfunkendauer in der Regel in der Größenordnung von 0,4 Millisekunden liegt.

Die kurze. Zündfunkendauer der Kondensatorzündsysteme hat eine längere Lebensdauer für die Zündkerzen zur Folge, jedoch können mit diesen Zündfunken Motore bei kaltem Wetter, und wenn die Zündzeitpunkt einstellung kritisch ist, nur schwer gestartet werden.

Wenn es möglich wäre, bei Kondensatorzündsystemen die Zündfunkendauer von 0, 4 Millisekunden auf etwa 0, 75 bis 0, 9 Millisekunden zu vergrößeren, könnten die Nachteile der kurzen Zündfunkendauer weitgehendst überwunden werden, so daß dann das Kondensatorzündsystem für die Transistorisierung äußerst günstig und wirtschaftlich wäre, da eine wesentlich konstantere Ausgangs spannung, bessere Zündeigenschaften bei hohen Geschwindigkeiten und eine längere Lebensdauer für die Zündkerzen erzielbar wären. Damit

- 2 - ließen sich

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ließen sich auch Startprobleme beim kalten Start und Schwierigkeiten ' überwinden, die mit der Einstellung des Z und Zeitpunktes oder der Taktgebung zusammenhängen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Kondensator zündsystem mit einer Zündfunkendauer-Verlängerungsschaltung zu schaffen, das die vorausstehend erwähnten Kachteile überwindet und eine Verlängerung der Zündfunkendauer bei Kondensatorzündsystemen zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zündfunkendauer-Verlängerungsschaltung einen Hilfsspeicherkondensator umfaßt, der mit der Zündspule und der Ladeschaltung gekoppelt ist und über einen zweiten Steuerschalter in Abhängigkeit von einer Zeitschaltung entladbar ist, daß die Zeitschaltung in Abhängigkeit von der Entladung des Hauptspeicherkondensators wirksam ist und den zweiten Steuerschalter entsprechend betätigt, wobei die Zeitschaltung eine bestimmte Verzögerung für die Entladung des Hilfsspeicherkondensators nach der Auslösung der Entladung des Hauptspeicherkondensators bewirkt und dadurch die Dauer der von der Zündspule abgegebenen Zündimpuls spannung bzw. die Zündfunkendauer entsprechend verlängert.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Ein nach den Merkmalen der Erfindung ausgeführtes, verbessertes und vorteilhafteres Zündsystem umfaßt einen Speicherkondensator, der anfänglich aufgeladen wird. Ein Hilfsspeicherkondensator in der Zündfunkendauer-Verl^ngerungsschaltung ward gleichzeitig mit dem Hauptspeicherkondensator aufgeladen. Mit Hilfe der von den Unterbrecherkontakten oder einem magnetischen Impulsgeber gelieferten Triggerimpulsen wird ein erster Thyristor leitend gemacht, um den Hauptspeicherkondensator

- 3 - über die Zünd-

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über die Zündspule zu entladen. Diese Entladung bewirkt, daß ein Transistor in der als Oszillator aufgebauten Lade schaltung, welcher anfänglich zum Aufladen der Speicherkondensatoren dient, mit einer Basisvorspannung beaufschlagt wird. Dadurch wird über die Emitterspannung,ein Signal auf die Zeitschaltung der Zündfunkendauer-Verlängerungsschaltung gegeben. Diese Zeitschaltung triggert nach einer Verzögerung von etwa 0, 4 Millisekunden einen zweiten Thyristor in der Verlängerungsschaltung. Die zusätzliche im Hilfsspeicherkondensator gespeicherte Energie wird nach der Verzögerung von etwa 0,4 Millisekunden über die Zündspule entladen, womit die Zündfunkendauer um etwa in der Größenordnung von 0, 35 Millisekunden verlängert werden kann, wobei diese Verlängerung der Zündfunkendauer von der Größe des * Hilfsspeicherkondensators und der Zeitschaltung abhängt.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Fig. bestehenden Zeichnung, aus der die Schaltung eines Kondensator zündsystems mit einer Zündimpuls-Formerschaltung hervorgeht.

Das Kondensator zündsystem umfaßt eine Zündschaltung 12 und eine Zündimpuls-Verlängerungsschaltung 14, die jeweils innerhalb eines gestrichelten Blockes dargestellt sind. Die Zündschaltung 12 enthält einen Oszillator 16 mit einem Transistor 18, dessen Basis über einen Widerstand 26 und einen Verbindungspunkt 28 angeschlossen ist, in welchem ein Kondensator 30 mit der Parallelschaltung aus einem Dioden-Widerstandsnetzwerk 32 verbunden ist. Dieses Dioden-Widerstandsnetzwerk 32 liegt mit seiner anderen Seite an der Sekundärwicklung 34 eines Transformators 36, dessen Primärwicklung 38 mit dem Emitter 22 des Transistors 18 verbunden ist. Der Kollektor 24 des Transistors 18 steht über eine Leitung 40 und eine in

- 4 - Sperrichtung

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Sperrichtung betriebene Schutzdiode 42 sowie einen Zündschalter 44 mit der nicht dargestellten Fahrzeugbatterie in Verbindung.

Der Kondensator 30 liegt mit seiner anderen Seite über eine Leitung am Emitter 48 eines zweiten Transistors-50 innerhalb der Zündschaltung 12. Der Emitter 48 dieses Transistors liegt ferner über einen Widerstand 47 an der Leitung 40, die ihrerseits über einen Kondensator 49 vor der Schutzdiode an Masse angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 50 liegt ebenfalls an Masse, wogegen die Basis 52 über eine Schutzdiode 56 und einen Widerstand 58 an die Schaltung angeschlossen ist, die den Speicherkondensator 60 umfaßt.

Diese Schaltung enthält eine Transformatorwicklung 62/ die induktiv mit dem Transformator 36 gekoppelt ist. In Serie zu dieser Wicklung 62 liegt ein Thyristor 64 (SCR) und die Primärwicklung 66 einer Zündspule 68 in Serie. Die Primärwicklung 66 ist mit.ihrer anderen Seite über Dioden 70 und 72 an die Wicklung 62 angeschlossen. Der Speicherkondensator 60 liegt parallel zur Wicklung 62 und einer Diode 64, die einen kontinuierlichen Stromfluß in der Zündspule nach der Entladung des Speicherkondensators 60 zuläßt. Ferner ist parallel zu der Primärwicklung 66 der Zündspule ein Schutzelement 76 geschaltet, um den Einfluß von Einschaltschwingungen auszuschalten. Die Sekundärwicklung 78 der Zündspule ist mit dem einen nicht dargestellten Verteiler verbunden.

Der Thyristor 64 ist mit seiner Steuerelektrode über einen Transformator 82 an die Unterbrecher bzw. an einen magnetischen Zündimpulsgeber angeschlossen, so daß die Zündimpulse den Thyristor über den Transformator 82 triggern können. "·

Ferner ist mit der Zündschaltung 12 die- Zündimpuls-Verlängerungsschaltung 14 verbunden, die einen Hilfsspeicherkondensator 84 umfaßt,

- 5 - der mit einer

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der mit einer Seite im Verbindungspunkt 86 an den Hauptspeiche rkondensator 60 angeschlossen ist. Die andere Seite dieses Hilfsspeicherkondensators 84 liegt im Verbindungspunkt 88 an der Kathode einer Diode 90 und der Anode eines zweiten Thyristors 92 (SCR). Die Anode der Diode 90 ist über eine Leitung 94 an die eine Seite der Wicklung 62 angeschlossen. Die Kathode des Thyristors 92 liegt im Verbindungspunkt 96 an der Kathode des Thyristors 64. Die Steuerelektrode 98 des Thyristors 92 ist über einen Transformator 1Ö0 an einen programmierbaren Unijunction-Transistor 102 angeschlossen, der ein Teil einer Zeitschaltung 104 darstellt. Diese Zeitschaltung 104 umfaßt ferner einen Kondensator 106, der zwischen Masse und dem Verbindungspunkt 10ß liegt, mit dem auch die Anode des Unijunction-Transistors 102 und ein' Widerstand 110 verbunden sind. Die Steuerelektrode 112 des Unijunction-Transistors 102 ist über ein Spannungsteilernetzwerk mit den Widerständen 114 und 116 sowie eine Diode 118 und eine Leitung 120 an die eine Seite der Primärwicklung 34 des Transformators 36 im Oszillator 16 angeschlossen.

Im Betrieb wird nach dem Schließen des Zündschalters 44 Leistung aus der Fahrzeugbatterie dem Kondensatorzündsystem zugeführt. Die hohe, beim Schließen des Zündschalters 44 normalerweise entstehende Spannungsspitze reicht in der Regel aus, um den Transistor 18 am Beginn des Zündzyklusses in den leitenden Zustand zu steuern. Für den Fall, daß eine solche hohe Spannungsspitze nicht vorhanden ist, z. B. wenn der Zündschalter ungewöhnlich langsam geschlossen wird, stellt der Transistor das Wirksamwerden des Zündzyklusses sicher.

Für diesen zuletzt erwähnten Fall fließt ein Strom verhältnismäßig langsam über den Widerstand 47 zum Kondensator 30, unr diesen aufzuladen. Zu diesem Zeitpunkt, während sich die Kurbelwelle des Motors dreht, wird

- 6 - ein Triggersignal

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ein Triggersignal von dem magnetischen Impulsgeber bzw. den Unterbrechern an die Steuerelektrode SO des Thyristors 64 angelegt, so daß dieser in den leitenden Zustand gesteuert wird. Das Leitendwerden des Thyristors 64 bewirkt, daß Massepotential an der Basis 52 des Transistors 50 wirksam wird und damit auch dieser Transistor Strom führt. Der stromführende Transistor 50 entlädt den Kondensator 30 und schaltet den Thyristor 64 ab aufgrund der hohen Widerstandswerte der Widerstände 47 und 58, die den Strom zum Thyristor unter einen Wert drücken, der für das Aufrechterhalten der Leitfähigkeit notwendig wäre. Sobald der Thyristor 64 nicht mehr leitet, liegt auch' die Basis 52 des Transistors-50 nicht mehr an Masse, so daß dieser Transistor nichtleitend wird.

Zu diesem Zeitpunkt liegt der Emitter 48 des Transistors 50 am Potential der Fahrzeugbatterie, so daß der Kondensator 30 sich* erneut über den Widerstand 47 auflädt. Der über den Kondensator 30 fließende Strom bewirkt eine Vorspannung für den Transistor 18 des Oszillators 16, so daß dadurch dieser Transistor leitend wird.

Sobald der Transistor 18 eingeschaltet ist, entweder durch einen anfänglichen hohen Spannungsimpuls beim Schließen des Zündschalters 44 oder durch das Wirksamwerden des Transistors 50, ist der Zündzyklus eingeleitet.

Der Transistor 18 bleibt im eingeschalteten Zustand,solange sich der Kondensator 30 auflädt. Wenn der Kondensator das volle Ladungspotential erreicht hat, fällt die Vorspannung von der Basis 20 des Transistors ab, so daß dieser Transistor nichtleitend wird. Während des leitenden Zustande des Transistors 18 fließt Strom über den Emitter 22 und die Wicklung '38 nach Masse. Im Augenblick der Abschaltung dieses Transistors

• - - 7 - erscheint

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erscheint eine hohe Spannung an der Wicklung 38, die induktiv auf die Wicklung 62 übertragen wird und einen Strom zur Aufladung des Iläuptspeicherkondensators 60 über die Diode 72 bewirkt. Der Hilfsspeicherkondensator 84 der Impuls-Verlängerungsschaltung 14 wird über die Dioden 90 und 72 in der dargestellten Polarität aufgeladen.

Das nächste Triggersignal von den Unterbrecherkontakten oder dem magnetischen Impulsgeber wird über den Transformator 82 an der Steuerelektrode 80 des Thyristors 64 wirksam und bewirkt, daß über diesen Thyristor eine Serienschaltung mit dem Hauptkondensator 60, dem Thyristor 64, der Primärwicklung 66 und der Diode 70 wirksam wird, um den Hauptspeicherkondensator 60 über die Zündspule zu entladen und einen Zündfunken über den Verteiler auszulösen.

Während der Entladung des Hauptspeicherkondensators 60 wird durch die Stromänderung in der· Wicklung 62 eine Gegenspannung in der Spule 38 des Transformators 36 ausgelöst, die über die Primärwicklung 34 übertragen auf die Basis des Transistors 18 wirkt, um diesen Transistor einzuschalten. Im Betrieb liefert dieser Transistor 18 eine Spannung an der Wicklung 34, die einen Strom über die Leitung 120 an die Zeitschaltung 104 liefert. Der Kondensator 106 in der Zeitschaltung wird aufgeladen bis die Spannung am Verbindungspunkt 108 größer als die über die Teilerschaltung an dem Gate 112 des Unijunction-Transistors 102 wirksame Spannung ist. Dadurch wird dieser Transistor 102 leitend. Normalerweise ergibt sich eine Verzögerung für das Wirksamwerden des Unijunction-Transistors. 102 in der Größenordnung von 0,4 Millisekunden, eine Zeit, die normalerweise ausreicht, um den Kondensator 60 zu entladen. Nach dem Wirksamwerden des Unijunction-Transistors 102 wird der Transistor 18 in den nichtleitenden Zustand gesteuert. Die Zeit, die notwendig ist, um

- 8 - den Transistor

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den Transistor 18 abzuschalten bzw. den nichtleitenden Zustand zu steuern, ist ausreichend länger als die Zeit, die notwendig ist, um den Unijunction-Transistor 102 einzuschalten.

Wenn der Unijunction-Transistor 102 eingeschaltet ist; wird über diesen durch die Entladung des Kondensators 1OG ein Triggersignal zum Transformator 110 und zur Steuerelektrode 98 des Thyristors 92 übertragen, womit dieser Thyristor leitend wird. Das'Leitendwerden des Thyristors 92 schließt einen Stromkreis über den Hilfsspeicherkondensator 84, den Thyristor 92, die Primärwicklung CG der Zündspule GB und die Diode 70, um den Hilfsspeicherkondensator zu entladen und die Energie in die Zündspule überzuführen. Die Entladung des Hilfsspeicherkondensators 84 erstreckt die Zündfunkendauer, welche durch die Entladung des Haupt —Speicherkoridensators 60 ausgelöst wurde, über eine längere Zeit. Diese Verlängerung der Zündfunkendauer liegt etwa in der Größenordnung von 0, 35 Millisekunden.

Nach der völligen Entladung des Hilfs-Speicherkondensators 84 in die Zündspule wird der Thyristor 92 nichtleitend. Nach dem Abschalten des Thyristors 18 wird die von der Wicklung 38 des Transistors 36 in die Wicklung 62 induzierte hohe Spannung erneut für die Wiederaufladung der Speicherkondensatoren 60 und 84 wirksam, womit sich ein neuer Zyklus wiederholt. '

Die Erfindung bewirkt in vorteilhafter Weise neben dem konventionellen Verhalten von Kondensatorzündsystemen einen genügend langen Zündfunken, was zum besseren Startverhalten der Verbrennungskraftmaschine bei kaltem Wetter oder dergleichen beiträgt. Ferner wird dadurch auch die zeitliche Zuordnung der Zündimpulserzeugung weniger kritisch im Vergleich mit herkömmlichen Kondensator zündsystemen.

- 9 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Kondensator zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit einem HcUptspeicherkondensator, einer elektrisch mit dem Hauptspeicherkondensator gekoppelten Zündspule und einer Ladeschaltung für den Hauptspeicherkondensator sowie ferner mit Einrichtungen zur Erzeugung eines Zündimpulses in Abhängigkeit von dem Betrieb der Brennkraftmaschine und der Stellung eines ersten Steuerschalters, um den Hauptspeicherkondensator über die Zündspule zu entladen, und mit einer Zündfunkendauer-Verlängerungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündfunkendauer-Ve rlängerungsschaltung (14) einen Hilfsspeicherkondensator (84) umfaßt, der mit der Zündspule und der Ladeschaltung gekoppelt ist und über einen zweiten Steuerschalter in Abhängigkeit von einer Zeitschaltung (104) entladbar ist, daß die Zeitschaltung in Abhängigkeit von der Entladung des Hauptspeicherkondensators wirksam ist und den zweiten Steuerschalter entsprechend betätigt, wobei die Zeitschaltung eine bestimmte Verzögerung für die Entladung des Hilfsspeicherkondensators nach der Auslösung der Entladung des Hauptspeicherkondensators bewirkt und dadurch die Dauer der von der Zündspule abgegebenen Zündimpuls spannung bzw. die Zündfunkendauer entsprechend verlängert.
2. Kondensator zündsystem nach Anspruch I, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Zeitschaltung (104) elektrisch mit der Ladeschaltung (16) verbunden ist, und daß der Betriebszustand

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der Ladeschaltung zwischen einem Zustand zum Aufladen des Hauptspeicherkondensators und des Hilfsspeieherkondensators sowie einem Zustand zur Betätigung der Zeitschaltung und zum Wiederaufladen dieser Kondensatoren nach der Entladung des Hauptspeicherkondensators ein- und ausschaltbar ist» '
3. Kondensator zündsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeschaltung einen in Serie zum Zündschalter (44) arbeitenden Halbleiterschalter umfaßt, der im geschlossenen Zustand des Zündschalters leitend wird und über einen Transformator mit dem Hauptspeicherkondensator und dem Hilfs speicher kondensator gekoppelt ist, und daß der Halbleiterschalter für eine bestimmte Zeitdauer nach dem Betätigen des Zündschalters im eingeschalteten Zustand verbleibt, um anschließend in den abgeschalteten Zustand überzugehen und eine hohe Spannung zürn Aufladen der Kondensatoren im Transformator zu induzieren.
4. Kondensatorzündsystem nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η -

ze ichnet, daß die Zeitschaltung elektrisch mit dem Transformator (36) gekoppelt ist und nach dem Entladen des Hauptspeicherkondensators aufgrund der im Transformator induzierten Spannung und des dadurch eingeschalteten Halbleiterschalters mit einem Strom beaufschlagt wird.
5. Kondensator zündsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung einen weiteren Halbleiterschalter (102) umfaßt, der mit einem in Abhängigkeit vom Strom der Ladeschaltung nach der Entladung des Hauptspeicherkondensators aufladbaren Kondensator gekoppelt ist, daß dieser Kondensator eine bestimmte Ladezeit umfaßt und der weitere Halbleiterschalter in Abhängigkeit von dieser Ladezeit im leitenden Zustand ist, wobei die Entladung des Kondensators für die Steuerung des Betriebes des zweiten Steuerschalters dient. ■ .

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Kondensator zündsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade schaltung einen Oszillator mit einem Transformator (36) umfaßt, dessen erste und zweite Wicklung mit dem Haupt- und HilfsSpeicherkondensator gekoppelt ist, daß die Zeitschaltung mit der Ladeschaltung derart gekoppelt ist, daß beim Betrieb während des Ein- und Ausschaltens des Oszillators eine Ladespannung induktiv über die erste und zweite Wicklung zum Aufladen der Speicherkondensatoren wirksam wird, und daß, wenn der Hauptspeicherkondensator entladen ist, eine Gegenspannung induktiv durch die erste und zweite Wicklung des Transformators erzeugt wird, und daß der Oszillator in Abhängigkeit davon ein Steuersignal an die Zeitschaltung liefert.

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