DE2158138B2 - Zündanordnung für Brennkraftmaschinen mit einem aus einer Batterie gespeisten Oszillator zur Erzeugung ungedämpfter Hochfrequenzwellen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen mit einem aus einer Batterie gespeisten Oszillator zur Erzeugung ungedämpfter Hochfrequenzwellen und einem Transformator, der Arbeits- und Rückkopplungswicklungen für die Transistoren des Oszillators sowie eine Steuerwicklung und eine an den Verteiler angeschlossene Hochspannungswicklung aufweist, und dessen Steuerwicklung mit dem Unterbrecherkontakt und der Batterie verbunden ist. Es wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, um ein Zündsystem mit ungedämpften Wellen für hochfrequente Funkenenergie zu speisen, aus verschiedenen Gründen haben jedoch die vorgeschlagenen Anordnungen nicht zufriedenstellend gearbeitet.

Unter den Schwierigkeiten begegnet man solchen, die in der Steuerung des Oszillators zu sehen sind, der die Funkenenergie erzeugt. Eine Art von Oszillator, die Verwendung findet, ist der an sich bekannte Typ, bei dem ein einziger Transformator mit sättigungsfähigem Kern benutzt wird. Die Schwingungsfrequenz wird dabei in üblicher Weise durch die Anzahl der verwendeten Windungen für die Wicklungen und den Querschnittsbereich des Kernes bestimmt. Es sind jedoch wesentliche Schwierigkeiten vorhanden, diese Art von Oszillator in geeigneter Weise bei Zündsystemen einzusetzen.

So ist in der DT-OS 14 64 067 eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen beschrieben, bei der als Energiequelle für die Zündfunkenerzeugung die Gleichspannung des Bordnetzes dient. Mit dieser Gleichspannung wird ein vom Nockenwellenschahglied der Maschine gesteuerter, periodisch ein- und ausschaltbarer Transistorgegentaktzerhacker mit einem zwei Arbeitswicklungen, ein Rückkopplungswicklung, eine Steuerwicklung und eine Hochspannungswicklung aufweisenden Ferritkerntransformator gespeist. Die Hochspannungswicklung dieses Transformators liefert im Einschaltzustand des Zerhackers eine ungedämpfte hochfrequente Wechselspannung für die Zündkerzen, und seine Steuerwicklung wird vom Nockenwellenschaltglied beeinflußt. Die beiden Arbeiiswicklungen des Transformators sind hintereinandergeschaltet und liegen mittig auf Betriebs-Potential.

Die freien Enden der Arbeitswicklungen sind mil den Kollektoren zweier Transistoren verbunden, deren Emitter auf Bezugspotemial liegen und deren durch gegensinnig gepolte, hintereinandergeschaltete, mittig auf Bezugspotential liegende Dioden überbrückte Basen mit den Enden der Rückkopplungswindungen über einen Strombegrenzungswiderstand verbunden sind. Unterbrecherkontakt, Steuerwicklung und Batterie sind genau wie bei der erfindungsgemäßen Anordnung miteinander verbunden. Es fehlt jedoch der den Unterbrecherkontakt überbrückende Funkenlöschkondensator, so daß eine Funkenbildung am Unterbrecherkontakt nicht unterbunden wird, was zu einem vorzeitigen Verschleiß dieses Kontaktes führt.

Um insbesondere die Nachteile des vorbeschriebenen Systems zu überwinden, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Zündsystem der eingangs genannten Gattung zu schaffen, um eine Lichtbogenbildung am Unterbrecherkontakt beim öffnen desselben zu vermeiden, ohne daß dabei durch den für diesen Zweck verwendeten Kondensator verhindert wird, daß der Oszillator zum Schwingen kommt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Unterbrecherkontakt ein Kondensator geringer Kapazität und eine Diodenbrücke mit einem Kondensator großer Kapazität zur Aufnahme des Anfangsspannungsstoßes in der Steuerwicklung des Transformators beim öffnen des Unterbrecherkontaktes parallel geschaltet ist.

Die Vorteile der Erfindung und diese weiter ausgestattenden Merkmale gehen aus der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung hervor. In der Zeichnung zeigt

Fig.! ein schematisches Schaltbild eines Zündsystems gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Transformatorkernes, dessen Wicklungen den Wicklungen nach F i g. 1 entsprechen und der einen Luftspalt im Kern aufweist.

Das Schaltbild nach Fi g. 1 zeigt einen Oszillator 11 mit einheitlichem magnetischen Stromkreis, der in bekannter Weise arbeitet (wie dies nachfolgend in allen Einzelheiten beschrieben wird), um ein Signal aus ungedämpften Hochfrequenzwellen in eine Ausgangswicklung 12 einzuspeisen, die auf einem Transformator 13 angeordnet ist. Die Energieversorgung für den Oszillator bildet eine: Gleichstrombatterie 16, deren

eine Klemme über eine Leitung 17 geerdet ist. Die andere Klemme der Batterie ist über eine Leitung 18 und einen Zündschalter 19 mit einer Leitung 20 verbunden. Pie Leitung 20 ist an eine andere Leitung 24 ange-(chlossen, die zu einer Leitung 25 führt, welche an die Mittelanzapfung einer Primärwicklung 26 des Transformators 13 angeschlossen ist Auf dbse Weise wird die zum Betrieb des Oszillators 11 erforderliche Energie an die Emitter eines Transistorpaares 30 und 31 geliefert. Die Kollektoren derselben sind in einem ge- ίο meinsamen Stromkreis zusammengeschaltet, der über eine Leitung 32 geerdet ist

Wie bereits oben angedeutet wurde, ist die Wirkungsweise des Oszillators 11 bekannt Sie besteht in einem abwechselnden Schalten in einen Zustand voller Leitfähigkeit von dem einen auf den anderen Transistor 30 und 31. Dies wird durch die Wirkung zweier von der Basis beaufschlagter Wicklungen 35 und 36 erreicht. Diese Wicklungen sind mit den dargestellten Leitungen, welche die Widerstände 37 und 38 enthalten, über den Emitter mit der Basis des jeweiligen Transistors 30 oder 31 verbunden.

Durch das abwechselnde Schalten wird eine Rechteckwelle am Ausgang der Wicklung 12 mit einer Frequenz erzeugt, die bei den vorbekannten Oszillatoren dieser Art von der Anzahl der Windungen der Wicklungen 26, 35 und 36 und von dem Querschnitt des Transformatorkernes 13 abhängig ist. In dem System gemäß der Erfindung sind jedoch Vorkehrungen getroffen, daß die Frequenz der Schwingungen statt dessen mehr von den Belastungs- und Stromflußbedingungen durch die Transistoren 30 und 31 abhängig ist als von den Magnetflußbedingungen im Kern des Transformators 13. Der Kernquerschnitt und die Größe des Luftspaltes 42 (F i g. 2) werden deshalb wesentlich die Frequenz beeinflussen, sie sind aber nicht der einzige entscheidende Faktor für die Frequenz.

Eine Wirkungsweise nach der vorerwähnten Art hat den Vorteil, daß die Frequenz der Schwingungen in Abhängigkeit von der Belastung des Ausgangsstromkreises gesteuert werden kann. Bei einer Belastung mit einem negativen Widerstand (den ein Zündfunkenstromkreis darstellt) kann daher der den Transformator 13 enthaltende Ausgangsstromkreis so ausgelegt werden, daß bei Leerlauf Resonanz auftritt. Dies verursacht eine besonders hohe Spannung bei Beginn der Schwingungen, während sie herabgesetzt wird, wenn die durch die Funkenentladung verursachte Belastung auftritt. Auf diese Weise wird unnötige Verlustleistung sowohl im Zündstromkreis als auch im Oszillatorstromkreis vermieden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Steuerwicklung 45 verwendet, die magnetisch mit dem Kern des Transformators 13 gekoppelt ist und an einen Potentiometer angeschlossen ist, der aus den Widerständen 46 und 47 besteht, welche in Serie mit dem Ausgang der Batterie 16 liegen. Eine Seite der Wicklung 45 ist über eine Leitung 50 mit dem Anschluß zwischen den Widerständen 46 und 47 verbunden. Die andere Seite der Wicklung 45 ist über die Leitung 51 an eine Seite des Unterbrecherkontaktes 52 angeschlossen. Die andere Seite des Schalters 52 ist über die Leitung 53 geerdet.

Wenn der Unterbrecherkontakt 52 geschlossen ist, dann liegt der am Widerstand 47 auftretende Spannungsabfall an der Wicklung 45. Dies verursacht einen Gleichstrom, und die Stromkreiskonstanten sind so bestimmt, daß eine gewünschte Vormagnetisierung im Kern des Transformators 13 erzeugt wird. Eine solche magnetische Vorspannung stellt das sofortige Ansprechen des Oszillators 11 beim Öffnen der Unterbrecherkontakte 52 sicher. Wenn der sich eingestellte Zustand des magnetischen Flusses, der durch den vorerwähnten geringen Stromfluß in der Wicklung 45 verursacht wird, zusammenbricht, induziert er Signale in den Wicklungen 26, 35 und 36, so daß der Oszillator 11 zu Schwingungen durch die herkömmliche Wirkungsweise dieser Art von Oszillatoren angeregt wird. Das zusammenbrechende Feld veranlaßt eir.en Transistor Basisstrom aufzunehmen, während der andere gesperrt bleibt, und die Wicklungen werden richtig in Phase gebracht, um den resultierenden Kollektorstrom zu veranlassen, die durch den Flußzerfall induzierte Spannung zu unterstützen, so daß die Schwingungen einsetzen können. Danach tritt die entgegengesetzte Wirkung bei der nächsten Halbperiode ein.

Der vorerwähnte Spannungsstoß, der beim Zusammenbruch des Feldes der Wicklung 45 auftritt, induziert jedoch ein Signal zur Verstärkung des Zustandes des zusammenbrechenden Feldes, wenn der Oszillator mit seinem ersten Spannungsstoß zu schwingen beginnt Die auf diese Weise in der Wicklung 45 induzierte Spannung steigt schnell bis zu einer Amplitude an, bei der ein Lichtbogen an den Unterbrecherkontakten 52 überspringen kann. Während nach herkömmlicher Methode zur Überwindung solcher Bedingungen für die Lichtbogenbildung ein Kondensator über die Unterbrecherkontakte 52 geschaltet wird, hat sich herausgestellt, daß ein solcher Kondensator, der genug Kapazität hat, um die Energie des Spannungsstoßes aufzunehmen und die Bedingungen für eine Lichtbogenbildung aufzuheben, das Oszillatorsystem ausreichend entlasten wird, um Schwingungen zu verhindern. Deshalb wird gemäß der Erfindung ein Kondensator 56 geringer Kapazität benutzt, der die Unterbrecherkoniakte 52 überbrückt, aber nur eine ganz beschränkte elektrische Kapazität aufweist. Er findet zur Aufnahme des Anfangsspannungsstoßes und zur Unterdrückung von Störsignalen Anwendung.

Weiterhin ist eine Diodenbrücke 57 vorgesehen, die mit einem Paar ihrer Diagonalen die Unterbrecherkontakte überbrückt und parallel zu dem Kondensator 56 liegt.

Eine Leitung 60 ist an den Diagonalpunkt der Diodenbrücke 57 und an die Leitung 51 angeschlossen. Eine weitere Leitung 61 verbindet den gegenüberliegenden Diagonalpunkt der Brücke 57 mit der Erde, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist.

Die Dioden in der Brücke 57 sind so gepolt, daß eine Gleichrichtung erfolgt und ein Gleichstromausgarg an den Diagonalpunkten vorhanden ist, die den Punkten der mit den Leitungen 60 und 61 verbundenen Diagonalpaare gegenüberliegen. Eine Leitung 64 ist an einen dieser gegenüberliegenden Diagonalpunkte angeschlossen, während eine andere Leitung 65 mit dem anderen Diagonalenpaar verbunden ist. Diese Leitungen 64 und 65 sind mit den Enden eines Kondensators 66 verbunden, der durch einen Widerstand 67 überbrückt wird, um einen Entladungspfad für den Kondensator zu schaffen. Wie nachfolgend ausführlich herausgestellt wird, dient der Kondensator 66 zusammen mit der Diodenbrücke 57 zur Aufnahme des Spannungsstoßes, nachdem der kleine Kondensator 56 aufgeladen worden ist.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Kondensators 70 großer

Kapazität, der so eng wie möglich über eine Leitung mit der Mitlelanzapfung der Wicklung 26 verbunden ist. Somit ist eine Seite des Kondensators 70 an den Anschlußpunkt der Leitungen 24 und 25 angeschlossen, während die andere Seite desselben geordnet ist. Dadurch werden zwei Aufgaben erfüllt, wovon die eine die Begrenzung der Spitzen der Primärwellen in den Transistorstromkreisen ist. Die andere Aufgabe ist die Verminderung der Rückkopplung mit der Batterie 16. Eine solche Rückkopplung verursacht Störungen im Rundfunkempfänger, der mit der gleichen Batterie betrieben wird.

Die Wirkungsweise des Zündsystems wurde bereits oben unter speziellen Gesichtspunkten angedeutet, sie soll jedoch unter Bezugnahme auf die F i g. 1 nachfolgend noch weiter klargestellt werden:

Es soll mit dem Zustand begonnen werden, in welcher die Unterbrecherkontakte 52 geschlossen sind (und natürlich auch der Zündschalter 19 geschlossen ist). In diesem Fall fließt ein geringer Gleichstrom durch die Wicklung 45, dessen Größe durch den Spannungsabfall am Widerstand 47 des Potentiometers 46,47 bestimmt wird. Dieser Gleichstrom in der Steuerwicklung 45 baut einen gleichbleibenden Vormagnetisierungsfluß in dem Kern des Transformators 13 auf, und diese Vormagnetisierung stellt sicher, daß die magnetischen Bedingungen in dem Kern immer ein Einsetzen des Oszillators unmittelbar auf den Energieabfall in der Steuerwicklung 45 hervorrufen.

Wenn die Unterbrecherkontakte 52 geschlossen sind und eine Periode von Funkenschwingungen folgt, dann hört der Oszillator auf zu schwingen. Dies ist deshalb der Fall, weil ein schwacher Impedanzpfad für den Stromfluß vorhanden ist, der durch die in der Wicklung 45 induzierten Spannungen verursacht wird. Der Strom, der in diesem Pfad fließt, wird den Oszillator bis zu dem Punkt dämpfen, wo die Schwingungen aufhören, was natürlich den Zündfunkenausstoß beendet.

Der schwache Impedanzpfad über die Enden der Wicklung 45 kann von Erde ausgehend über eine Seite der geschlossenen Unterbrecherkontakte 52, über die Leitung 51 bis zu einer Seite der Wicklung verfolgt werden. Der Pfad verläuft dann von der anderen Seite der Wicklung 45 weiter über die Leitung 50 und durch den Widerstand 47 zurück zur Erde.

Der Widerstand 47 kann, wenn gewünscht, durch ein Diodenpaar (nicht dargestellt) ersetzt werden, um die Leitung 50 zu erden. Diese werden entgegengesetzt gepolt, um Pfade mit geringer Impedanz für beide Flußrichtungen des Wechselstromsignals wie es in der Wicklung 45 erzeugt wird, zu schaffen. Das gleiche Ergebnis wird jedoch bei Verwendung des Widerstandes 47 erreicht, wenn auch mehr Leistung durch die Stromaufnahme des Potentiometers verbraucht wird, als dies bei Verwendung der obenerwähnten Dioden (nicht dargestellt) der Fall wäre.

Ein wichtiger Gesichtspunkt für die Erfindung ist die Einbeziehung des Startnetzwerkes, das oben beschrieben wurde. Es enthält die Diodenbrücke 57 und den kleinen Kondensator 56, die beide die Unterbrecherkontakte 52 überbrücken. Die Wirkungsweise dieses Startnetzwerkes soll bei Aufzeichnungsbedingungen beschrieben werden, die während einer niedrigen Geschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine, für die dieses Zündsystem verwendet wird, herrschen.

Wenn die Unterbrecherkontakle 52 mit dem Öffnen beginnen, wird der Gleichstromfluß in der Wicklung 45 abgeschaltet, und das auf diese Weise im Kern des Transformators 13 hervorgerufene zusammenbrechende Magnetfeld verursacht das Starten des Oszillators 11. Diese Wirkung kann so beschrieben werden, daß ein Transistor zu voller Durchlässigkeit ausgesteuert wird, während der andere Transistor abgeschaltet wird. Dieser schnell vergehende Zustand oder Spannungsstoß induziert hohe Spannungen in den Wicklungen, insbesondere in der Wicklung 45. Mit anderen Worten, eine Spannung baut sich sofort über den sich öffnenden Unterbrecherkontakten 52 auf, was zur Ionisation des Spaltes beim öffnen führt und einen Lichtbogen hervorruft. Auf diese Weise wird es ermöglicht, einen beachtlichen Stromfluß zu induzieren.

Wenn jedoch ein solcher Stromfluß zugelassen wird, so würde er den Magnetstromkreis dämpfen und den Oszillator von Anfang an anhalten; ein solcher Zustand wird jedoch durch die Verwendung eines kleinen Kondensators 56 vermieden. Dieser Kondensator wird durch den Anfangsspannungsstoß und den ihn begleitenden Stromfluß aufgeladen bis eine vorbestimmte Spannung erreicht ist, die in dem dargestellten System bis etwa 1,2 Volt liegen kann (für den Fall, daß Siliziumdioden in der Brücke 57 verwendet werden). An diesem Punkt kann der Spannungsstoß wiederum einen Lichtbogen an den Unterbrecherkontakten hervorrufen. Die Brücke 57 nimmt aber jetzt den Stromfluß durch das passend gepolte und leitende Diodenpaar auf, wodurch der zwischendimensionierte Kondensator 66 aufgeladen wird.

Es wurde festgestellt, daß die oben beschriebene Wirkung Spannungsstöße in jeder Richtung eines Wechselstrompotentials umfassen kann, da die Brücke 57 zur Gleichrichtung vorgesehen ist und Gleichstrom an den Kondensator 66 liefert Auf diese Art verschwindet der Zwischenspannungsstoß durch Aufladen des Kondensators 66 während der Zeit, wo die Unterbrecherkontakte ihre Öffnungsbewegung bis zum ausreichenden öffnen fortsetzen, um eine Lichtbogenbildung über diesen Kontakten zu verhindern. Die Entladung des Oszillatorstromkreises wird jedoch nach dem Anfangsstart des Oszillators verhindert, wenn der Kondensator 66 geladen ist. Dann wird beim öffnen der Unterbrecherkontakte 52 der Oszillator nicht belastet, und er setzt danach seine Tätigkeit fort und erzeugt Funkenausgangssignale aus der Wicklung 12. bis die Unterbrecherkontakte 52 wiederum geschlossen werden.

Eine zusätzliche Wirkung des Startnetzwerkes 57, 66 und 67 ist die Aufnahme der Oszillatoreinschaltstöße in dem Stromkreis der Steuerwicklung 45. Solche Einschaltstöße treten auf, wenn ein Transistor einschaltet und der andere ausschaltet, und dies ist die Zeit, wo der Kondensator 66 wieder auf seine Spitzen spannung nach der vorausgehenden Entladungs-Halb periode durch den Widerstand 67 aufgeladen wird Folglich wird der Einschaltstoß durch den Wiederauf ladestromfluß aufgenommen. Dies hilft zu verhindern daß diese Einschaltstöße eine Spannungsgröße errei chen, die ausreichend ist, um ein Durchschlagen vorr Kollektor- zum Emitteranschluß der Transistoren zi verursachen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zündanordnung für Brennkraftmaschinen mit einem aus einer Batterie gespeisten Oszillator zur Erzeugung ungedämpfter Hochfrequenzwellen und einem Transformator, der Arbeits- und Rückkopplungswicklungen für die Transistoren des Oszillators sowie eine Steuerwicklung und eine an den Verteiler angeschlossene Hochspannungswicklung aufweist, und dessen Steuerwicklung mit dem Unterbrecherkontakt und der Batterie verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Unterbrecherkontakt (52) ein Kondensator (56) geringer Kapazität und eine Diodenbrücke (57) mit einem Kondensator (66) großer Kapazität zur Aufnahme des Anfangsspannungsstoßes in der Steuerwicklung (45) des Transformators (13) beim Öffnen des Unterbrecherkontaktes (52) parallel geschaltet ist.

2. Zündanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenbrücke (57) zwei Diagonaldiodenpaare aufweist, und zwar ein Paar für den Wechselstromeingang und ein Paar für den Gleichstromausgang, wobei der Eingang parallel mit dem Kondensator (56) geringer Kapazität geschaltet ist und der Ausgang an den Kondensator (66) großer Kapazität und einen diesen überbrükkenden Entladewiderstand (67) angeschlossen ist.

3. Zündanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (16) über einen Spannungsteiler (46, 47) mit der Steuerwicklung (45) verbunden ist, damit ein geringer Gleichstrom zur Vormagnetisierung des Kerns des Transformators (13) durch die Steuerwicklung (45) fließt.

4. Zündanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (70) an die Arbeitswicklung (26) des Transformators (13) angeschlossen ist, um Spannungsspitzen während des Schwingungsvorganges des Oszillators (11) aufzunehmen.