DE1115986B

DE1115986B - Ignition device for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1115986B
Application number: DEC16161A
Authority: DE
Inventors: Pierre Aigrain
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1957-01-25
Filing date: 1958-01-21
Publication date: 1961-10-26

Description

Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen Bekanntlich zeigt das übliche Zündsystem für Brennkraftmaschinen, bei welchem durch Öffnen eines Unterbrechers die von einer Induktionsspule gelieferte elektrische Energie plötzlich freigegeben wird, hauptsächlich den Mangel, daß die zur Erzeugung des Funkens notwendige Spitzenleistung während einer verhältnismäßig langen Zeitspanne abgegeben wird. Es beruht dies darauf, daß die Unterbrechung eines Stromes durch Öffnen eines Unterbrechers einen Vorgang mit beträchtlicher Zeitkonstante darstellt. Außerdem entsteht beim Öffnen des Unterbrechers, welcher die beträchtliche Leistung zur Erzeugung des die Gasverbrennung einleitenden Zündfunkens (etwa 50 Watt) zu schalten hat, ein unerwünschter Funke, welcher den Unterbrecher schnell abnutzt.Ignition device for internal combustion engines, as is well known, shows the usual Ignition system for internal combustion engines, in which by opening an interrupter the electrical energy supplied by an induction coil is suddenly released becomes, mainly the defect that the peak power necessary to generate the spark is dispensed over a relatively long period of time. It is based on that the interruption of a current by opening a breaker is a process with a considerable time constant. In addition, when the breaker is opened, which the considerable power to produce the gas combustion initiating Ignition spark (about 50 watts) has to switch, an undesired spark, which the Breaker wears out quickly.

Es ist bereits bekannt, sich zur Erzeugung des Zündfunkens der plötzlichen Entladung eines Kondensators zu bedienen. Hierbei erfolgt die Steuerung der plötzlichen Entladung durch eine Thyratronröhre synchron mit der Drehung der Brennkraftmaschine.It is already known to be used to generate the spark of sudden Discharge a capacitor to use. Here the sudden control takes place Discharge through a thyratron tube in synchronism with the rotation of the internal combustion engine.

Von Einrichtungen dieser Art unterscheidet sich diejenige nach der Erfindung dadurch, daß, nachdem der Kondensator von einer Gleichspannungsquelle aufgeladen ist, ein parallel zum Kondensator liegender, langsam schwingender Entladungskreis, dessen Einschaltfolge synchron mit dem Umlauf der Brennkraftmaschine erfolgt, eine Umkehr der Ladung des Kondensators bewirkt und daß die Entladung des Kondensators über eine Wicklung mit einem derart dimensionierten und polarisierten Kern erfolgt, daß der Kern nahe dem Zeitpunkt gesättigt ist, in welchem die Ladung des Kondensators im Verlauf der schwingenden Entladung ihren Höchstwert erreicht.The one after the differs from institutions of this type Invention in that, after the capacitor from a DC voltage source is charged, a slowly oscillating discharge circuit parallel to the capacitor, whose switch-on sequence takes place synchronously with the rotation of the internal combustion engine, a Reversal of the charge on the capacitor causes and that the discharge of the capacitor takes place via a winding with such a dimensioned and polarized core, that the core is saturated near the point in time at which the charge on the capacitor reached its maximum value in the course of the oscillating discharge.

Bei bekannten Einrichtungen kommen zwar auch Induktivitäten mit Kern zur Verwendung. In keinem Falle wird jedoch die Sättigung des Kernes dazu ausgenutzt, um die Entladung durch die beträchtliche Verminderung der Impedanz des Entladungskreises zu steuern, welche bei der Kernsättigung eintritt.In known devices, there are also inductors with a core for use. In no case is the saturation of the core used to around the discharge by significantly reducing the impedance of the discharge circuit to control which occurs at core saturation.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungskegenstandes zeigt die Zeichnung, und zwar ist Fig. 1 ein Schaltschema einer Zündeinrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2 sind Kurvenbilder, welche die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung erläutern, und Fig. 3 und 4 Darstellungen eines Ferritrohres und eines Polarisationsmagneten, die bei einer abgeänderten Ausführungsform Verwendung finden.For example, embodiments of the subject invention shows the drawing, namely Fig. 1 is a circuit diagram of an ignition device according to the invention; 2 are graphs illustrating the operation of the present invention Explain device, and FIGS. 3 and 4 representations of a ferrite tube and a Polarizing magnets which are used in a modified embodiment.

Gemäß Fig. 1 ist ein Transistor beispielsweise der Type pnp mit seinem Emitter 1 direkt an die Masse angeschlossen, während sein Kollektor 2 mit einer Induktionsspule 4 verbunden ist, die mit einem seinerseits mit der Masse in Verbindung stehenden Kondensator 5 in Reihe liegt.According to FIG. 1, a transistor of the pnp type, for example, has its emitter 1 connected directly to ground, while its collector 2 is connected to an induction coil 4 which is in series with a capacitor 5 which is in turn connected to ground.

Die Basis 3 des Transistors ist mit einer Impulsquelle 6 verbunden, welche beispielsweise aus einem kleinen Magnetinduktur besteht, welcher von einer Welle angetrieben wird, die üblicherweise gegenüber der Motorwelle des Fahrzeuges mit halber Drehzahl umläuft. Die Impulsquelle 6 kann aber auch aus einer fotoelektrischen Zelle, zweckmäßig aus einer Halbleiterzelle, bestehen, welche einer sie beaufschlagenden Lichtquelle zugeordnet ist, die sich synchron mit der genannten Welle bewegt. Schließlich kommt als Impulsquelle eine Gleichspannungsquelle in Frage, die mit einem Unterbrecher in Verbindung steht, welcher bei jeder Wellenumdrehung den Kontakt zwischen dieser Quelle und der Basis 3 während einer sehr kurzen Zeit bewirkt. Diese verschiedenen Vorrichtungen, welche dazu bestimmt sind, bei jeder Umdrehung der genannten Welle der Basis 3 einen Spannungsimpuls beispielsweise mit einer Amplitude in der Größenordnung von 1 Volt und der Stromstärke von einigen Milliampere zuzuführen, werden im einzelnen nicht beschrieben, da ihre praktische Ausführung dem Fachmann keine Schwierigkeiten bietet. Es sei nur bemerkt, daß die Energie der zum Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 erforderlichen Impulse sehr gering und daß die Erzeugung dieser Energie selbst in sehr kurzer Zeit infolgedessen einfach ist. Dieser Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt also keine Begrenzung der möglichen Zündgeschwindigkeit befürchten. Eine Induktanz 7; deren Aufgabe später erläutert werden wird, verbindet die Basis 3 des Transistors mit der Masse, -Parallel zu dem Kondensator 5 liegt die Primärwicklung 8 eines Transformators mit einem Ferritringkern 9. In Reihe mit der Primärwicklung 8 ist die Primärwicklung 10 des üblichen Aufwärtstransformators 11 der Zündeinrichtung geschaltet, dessen Sekundärwicklung 12 an den die Zündkerzen speisenden Verteiler angeschlossen ist.The base 3 of the transistor is connected to a pulse source 6, which consists, for example, of a small magnetic induction, which is driven by a shaft which usually rotates at half speed with respect to the motor shaft of the vehicle. The pulse source 6 can, however, also consist of a photoelectric cell, expediently a semiconductor cell, which is assigned to a light source which acts on it and which moves synchronously with the said shaft. Finally, a DC voltage source can be used as the pulse source, which is connected to an interrupter which brings about contact between this source and the base 3 for a very short time with each revolution of the shaft. These various devices, which are designed to apply a voltage pulse, for example with an amplitude of the order of 1 volt and a current of a few milliamperes, to the base 3 with each revolution of the said shaft, will not be described in detail, since their practical implementation would be a person skilled in the art offers no difficulties. It is only to be noted that the energy of the pulses required to operate the arrangement of FIG. 1 is very small and that it is consequently easy to generate this energy even in a very short time. This part of the device according to the invention does not allow any limitation of the possible ignition speed to be feared. An inductance 7; The task of which will be explained later, connects the base 3 of the transistor to ground, -Parallel to the capacitor 5 is the primary winding 8 of a transformer with a ferrite ring core 9. In series with the primary winding 8 is the primary winding 10 of the usual step-up transformer 11 of the ignition device switched, the secondary winding 12 of which is connected to the distributor feeding the spark plugs.

Die Primärwicklung 10 steht mit dem negativen Pol der Fahrzeugbatterie 13 in Verbindung, deren positiver Pol bei dem-beschriebenen Ausführungsbeispiel an Masse liegt.The primary winding 10 is connected to the negative pole of the vehicle battery 13, the positive pole of which is grounded in the exemplary embodiment described.

Die auf dem Torus 9 befindliche Sekundärwicklung 14 ist einerseits über eine Induktanz 15 an den positiven Pol einer Batterie 16 und andererseits über einen Zwischenwiderstand 17 an den negativen Pol dieser Batterie angeschlossen.The secondary winding 14 located on the torus 9 is on the one hand via an inductance 15 to the positive pole of a battery 16 and on the other hand via an intermediate resistor 17 is connected to the negative pole of this battery.

DieEinrichtung arbeitet folgendermaßen: Zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von der Impulsquelle 6 der Basis 3 des Transistors zugeführten Impulsen liegt, wie nachfolgend erläutert werden wird, ein Zeitintervall, währenddessen der Transistor 1, 2, 3 gesperrt ist und praktisch wie eine Unterbrechung des Stromkreises wirkt. Die Fahrzeugbatterie 13 lädt dann den Kondensator 5 beispielsweise auf -12 Volt auf. Es sei nun in der nachfolgenden Erläuterung von einem Zeitpunkt ausgegangen, in welchem der Kondensator 5 so auf -12 Volt aufgeladen ist [Kurve (a) der Fig. 2, welche die Spannung v, an den Klemmen des Kondensators 5 als Funktion der Zeit angibt]. Die Impulsquelle 6 gibt an die Basis 3 des Transistors einen negativen Spannungsimpuls ab [Kurve (b) der Fig. 2, welche die Spannung v, der Impulsquelle in Abhängigkeit von der Zeit darstellt]. Die Basis des Transistors wird dann gegenüber seinem Emitter negativ, und sein Kollektor unterliegt einer negativen Spannung von größerem Absolutwert als demjenigen des Potentials der Basis. Der Transistor wird infolgedessen, entsperrt, und es fließt in dem Kondensator 5 und der Spule 4 ein Srtom i, [Kurve (c) der Fig. 2]. Sinn und Abmessungen der Wicklungen 4 und 7 sind derart, daß der Strom i, an den Klemmen der Wicklung 7 eine negative Spannung von gleicher Größenordnung wie der Auslösungsimpuls induziert, dergestalt, daß die Basisspannung der Kurve vb (t) der Fig. 2 (d) entspricht. Da der Transistor somit leitend geworden ist, wird seine innere Impedanz sehr gering, und der Kondensator 5 entlädt sich über die Wicklung 4. Diese oszillierende Entladung des Kondensator 5 hat die in Fig. 2 bei (a) gezeigte Form, und im Zeitpunkt to kehrt sich die Spannung an den Klemmen des Kondensators um. In diesem Augenblick lädt sich der Kondensator 5 positiv auf, der Strom i, nimmt ab, und die negative Polarisation der Basis wird infolgedessen immer geringer, bis sie im Zeitpunkt t1 ihr Vorzeichen ändert. Im Zeitpunkt t1 ist der Transistor also gesperrt.The device works as follows: Between two successive pulses fed from the pulse source 6 to the base 3 of the transistor, there is a time interval, as will be explained below, during which the transistor 1, 2, 3 is blocked and practically acts like an interruption of the circuit. The vehicle battery 13 then charges the capacitor 5, for example to -12 volts. The following explanation is based on a point in time at which the capacitor 5 is charged to -12 volts [curve (a) in FIG. 2, which indicates the voltage v at the terminals of the capacitor 5 as a function of time ]. The pulse source 6 emits a negative voltage pulse to the base 3 of the transistor [curve (b) of FIG. 2, which shows the voltage v of the pulse source as a function of time]. The base of the transistor then becomes negative with respect to its emitter and its collector is subjected to a negative voltage of greater absolute value than that of the potential of the base. As a result, the transistor is unlocked, and a current i, [curve (c) of FIG. 2] flows in the capacitor 5 and the coil 4]. The meaning and dimensions of the windings 4 and 7 are such that the current i, induces a negative voltage of the same order of magnitude as the trigger pulse at the terminals of the winding 7, such that the base voltage of the curve vb (t) of FIG ) is equivalent to. Since the transistor has thus become conductive, its internal impedance becomes very low, and the capacitor 5 discharges via the winding 4. This oscillating discharge of the capacitor 5 has the form shown in FIG. 2 at (a) and reverses at time to the voltage at the terminals of the capacitor changes. At this moment the capacitor 5 is charged positively, the current i i decreases, and the negative polarization of the base consequently becomes less and less until it changes its sign at time t1. The transistor is therefore blocked at time t1.

Betrachtet man die Potentialdifferenz vF zwischen den Klemmen der Wicklung 8, so erhält man die Kurve (e) der Fig. 2, die gegenüber der Kurve (a) um 12 Volt verschoben ist. (Der Spannungsabfall in der Wicklung 10 kann vernachlässigt werden.) Wie man sieht, steigt die Spannung an den Klemmen der Wicklung 8 vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt t1 ständig an. Der in dieser Wicklung fließende sehr schwache Strom wächst ebenfalls und nimmt sogar noch etwas über den Zeitpunkt t1 hinaus zu.Looking at the potential difference vF between the terminals of the Winding 8, curve (e) of FIG. 2 is obtained, which is opposite to curve (a) shifted by 12 volts. (The voltage drop in the winding 10 can be neglected As you can see, the voltage at the terminals of winding 8 increases from the point in time 0 until time t1. The very weak one flowing in this winding Current also grows and even increases somewhat beyond time t1.

Gemäß der Erfindung werden die Wicklungen so bemessen und der Ferritkern 9 derart polarisiert, daß er seine Sättigung 'erst am Zeitpunkt t1 oder einige Mikrosekunden danach erreicht. Die Impedanz der Wicklung 8 fällt dann plötzlich auf einen geringen Wert ab, und da die Impedanz der Wicklung 10 selbst sehr gering ist, so entlädt sich der Kondensator 5 plötzlich über die Wicklungen 8 und 10. Dadurch wird in der Wicklung 12 die zur Erzeugung des Zündfunkens erforderliche Energie von etwa 50 Watt erzeugt. Die Zeitspanne tö t1 ist durch die Zeitkonstante des Stromkreises (4, 5) bestimmt. Beispielsweise wählt man einen Kondensator von 1/2F und eine Selbstinduktion von etwa 100 [.H, woraus sich eine Zeitspanne to t1 von etwa 50 Mikrosekunden ergibt. Diese Zeitspanne genügt, um in dem Stromkreis eine ausreichende Energie anzusammeln, welche eine sehr plötzliche Entladung von einer Dauer von beispielsweise etwa einer Mikrosekunde hervorruft. Es reicht also aus, einen Transistor zu verwenden, der dem Stromkreis eine Leistung von etwa 1 Watt zuführen kann.According to the invention, the windings are dimensioned and the ferrite core 9 polarized in such a way that it does not reach saturation until time t1 or a few microseconds thereafter. The impedance of the winding 8 then suddenly drops to a low value, and since the impedance of the winding 10 itself is very low, the capacitor 5 suddenly discharges through the windings 8 and 10 Generates ignition spark required energy of about 50 watts. The time span tö t1 is determined by the time constant of the circuit (4, 5). For example, one chooses a capacitor of 1 / 2F and a self-induction of about 100 [.H, which results in a time to t1 of about 50 microseconds. This period of time is sufficient to accumulate sufficient energy in the circuit which causes a very sudden discharge of a duration of, for example, approximately one microsecond. So it is enough to use a transistor that can supply about 1 watt of power to the circuit.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht gegenüber bekannten Einrichtungen eine beträchtliche Verminderung der Zeitdauer der Funkenbildung, woraus sich eine Verminderung des Energieverbrauchs und der erforderlichen Speicherzeit der Energie des Funkens ergibt. Durch die Verminderung der Speicherzeit der Funkenenergie sind weit schnellere Zündfolgen möglich als bei den bekannten Zündeinrichtungen.The device according to the invention enables over known ones Facilities result in a significant reduction in sparking time a reduction in energy consumption and the required storage time the energy of the spark. By reducing the storage time of the spark energy much faster ignition sequences are possible than with the known ignition devices.

Die Spannungsquelle 16 dient dazu, um in dem Kern 9 das Polarisationsfeld zu erzeugen, welches notwendig ist, um bei fehlendem Strom in der Wicklung 8 einen Betriebspunkt zu erhalten, derart, daß der Strom in der Wicklung 8, selbst wenn er schwach ist, die Sättigung des Kernes in der Nähe des Zeitpunktes t1 bewirkt. Der ohmsche Widerstand 17 dient zur Begrenzung des Stromes in der Wicklung 14, und die Selbstinduktion 15 hat die Aufgabe, den Strom während der Ladung des Kondensators 5 genau konstant zu halten.The voltage source 16 serves to generate the polarization field in the core 9 to generate, which is necessary to a lack of current in the winding 8 a To obtain operating point such that the current in the winding 8, even if if it is weak, it causes the nucleus to saturate near time t1. The ohmic resistor 17 is used to limit the current in the winding 14, and the self-induction 15 has the task of maintaining the current during the charging of the capacitor 5 to keep exactly constant.

Zur Einsparung der Spannungsquelle 16 und der von ihr gelieferten elektrischen Leistung kann man den magnetischen Polarisationskreis der Fig. 1 durch einen solchen nach den Fig. 3 und 4 ersetzen.To save the voltage source 16 and that supplied by it electrical power can be obtained through the magnetic polarization circuit of FIG replace one such according to FIGS.

Gemäß Fig. 3 findet ein Ferritrohr 18 Verwendung, welches eine Längswicklung 19 trägt, von welcher in der Zeichnung nur einige Windungen teilweise dargestellt sind.According to FIG. 3, a ferrite tube 18 is used which has a longitudinal winding 19 carries, of which only a few turns are partially shown in the drawing are.

Das Magnetfeld, welches aus dem Stromdurchgang durch die Windungen 19 entsteht, verläuft senkrecht zur Achse des Rohres 18.The magnetic field that results from the passage of current through the windings 19 is formed, runs perpendicular to the axis of the tube 18.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Rohr 18, welches an seinen beiden Enden mit Polstücken 21 und 22 versehen ist, die durch einen Permanentmagneten 20 miteinander in Verbindung stehen. Dieser Magnet erzeugt in dem Rohr 18 ein zur Rohrachse paralleles Polarisationsfeld. Bei einem derartigen System erhält man wie bei demjenigen nach Fig. 1 eine Sättigung und ein plötzliches Abfallen der Selbstinduktion der Wicklung 19, wenn ein Strom von einem bestimmten Wert durch diese Wicklung fließt.Fig. 4 shows a section through the tube 18, which on both of them Ends with pole pieces 21 and 22 are provided by a permanent magnet 20 are related to each other. This magnet generates a pipe axis in the pipe 18 parallel polarization field. With such a system, one obtains as with that according to Fig. 1, a saturation and a sudden drop in the self-induction of the Winding 19 when a current of a certain value flows through this winding.

Bei dieser Anordnung kann man eine magnetische Sättigungswirkung mit einem Permanentmagneten erzielen, der in den magnetischen Hauptkreis, welcher geschlossen bleibt, nicht in Reihe eingeschaltet ist.With this arrangement one can have a magnetic saturation effect achieve a permanent magnet, which is in the main magnetic circuit, which remains closed, is not switched on in series.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können der Typ und die Schaltung des verwendeten Transistors sowie die Form des Kernes Abänderungen erfahren, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.The invention is not limited to the exemplary embodiments described and illustrated limited. In particular, the type and the circuit of the transistor used as well as the shape of the core can be changed without departing from the scope of the invention is left.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Ignition device for internal combustion engines with a sudden discharge of a capacitor to generate the ignition spark, thereby characterized in that after the capacitor is charged from a DC voltage source is, a slowly oscillating discharge circuit parallel to the capacitor, whose switch-on sequence takes place synchronously with the rotation of the internal combustion engine, a Reversal of the charge on the capacitor causes and that the discharge of the capacitor takes place via a winding with such a dimensioned and polarized core, that the core is saturated near the point in time at which the charge on the capacitor reached its maximum value in the course of the oscillating discharge.

2. Ignition device according to claim 1, characterized in that the slowly oscillating discharge circuit contains an inductance (4) and an electronic interrupter, which is periodically unblocked transistor (1, 2, 3) .

3. Ignition device according to claim 2, characterized by a feedback winding (7) which is coupled to the inductance (4) and is connected to the base (3) of the transistor and serves to maintain a voltage during the entire duration of the slow oscillation discharge of the base equal to the pulse voltage. Considered publications: Austrian patent specification No. 185 405; Swiss Patent No. 207 392; U.S. Patent Nos. 2,353,527, 2,456,743, 2,475,995, 2,476,128, 2,769,021, 2,717,335; French Patent No. 1092,411; Radiotechnik, 1948, no. 10, pp. 505 to 508; Elektrotechnik, No. 33/34 of 22 B. 1953, pp. 128 to 130; Communications from the German patent attorneys, May 1957, no. 5, pp. 81 to 83.