DE2242325C3

DE2242325C3 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetzünder

Info

Publication number: DE2242325C3
Application number: DE2242325A
Authority: DE
Inventors: Georg 8431 Berg Haubner; Walter 8540 Schwabach Hofer; Peter 8500 Nuernberg Schmaldienst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-08-29
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1978-09-14
Also published as: JPS4964730A; ATA677273A; YU208773A; FR2198547A5; JPS5727310B2; JPS56101067A; SE384249B; BR7306619D0; JPS5621909B2; CA993036A; AU5966973A; DE2242325B2; IT993044B; YU35284B; US3878452A; BE804115A; GB1402688A; DE2242325A1; AT325900B; ES418239A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei sogenannten Spulenzündanlagen wird im Zündzeitpunkt der zuvor geschlossene Primärstromkreis der Zündanlage durch einen Zündtransistor geöffnet. Dabei bricht das vom Primärstrom aufgebaute Magnetfeld der Zündspule zusammen und induziert in der Sekundärwicklung einen Hochspannungsimpuls, der an der Zündkerze einen Zündfunken verursacht.

Zur Erzeugung weiterer Zündfunken muß der Primärstromkreis zunächst erneut geschlossen werden. Bei batteriegespeisten Zündanlagen kann die zur Umsteuerung des Zündtransistors dafür erforderliche Steuerspannung den Klemmen der Akkumulatorbatterie entnommen werden. Bei sogenannten Magnetzündern ist jedoch die Klemmenspannung am Zündanker bei kurzgeschlossenem Primärstromkreis zu gering, um den Zündtransistor vollständig in den stromleitenden Zustand zu schalten, was jedoch zum Aufbau eines starken Magnetfeldes in der Zündspule bzw. im Zündanker erforderlich ist.

Bei einer bekannten, transistorgesteuerten Magnetzündanlage ist der Zündtransistor mit einem Steuerwiderstand im Primärstromkreis in Reihe geschaltet (DE-OS 15 39 180). Beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle des Zündankers wird der Zündtransistor durch den an diesen Steuerwiderstand auftretenden Spannungsabfall über einen Steuertransistor in den stromleitenden Zustand geschaltet bzw. bis zum Zündzeitpunkt im stromleitenden Zustand gehalten. Im Zündzeitpunkt wird dann die Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors überbrückt und auf diese Weise der Zündtransistor gesperrt. Diese oder derartige Lösungen haben den Nachteil, daß der Widerstand den Primärstromkreis in unerwünschter Weise belastet, indem er eine Strombegrenzung und somit nur einen begrenzten Aufbau des Magnetfeldes im Zündanker während der positiven Spannungshalbwelle bewirkt. Dadurch wird die bei der Unterbrechung des Primärstromkreises durch den Zündtransistor ausgelöste Hochspannung in der Sekundärwicklung des Zündankers stark herabgesetzt.

Bei einer anderen bekannten Zündanlage sind mehrere Zündspulen außerhalb des Magnetgenerators in einem geschlossenen, vom Magnetgenerator versorgten Primärstromkreis angeordnet (BE-PS 6 82 933). Dort werden zum Zündzeitpunkt die Primärwicklungen der Zündspulen durch ein elektronisches Schaltelement kurzgeschlossen, das über einen Steuertransformator und einer Steuerschaltung getriggert wird. Eine solche Lösung ist sehr aufwendig und läßt sich auf Zündanlagen mit einem Zündanker, bei dem die Primärwicklung gleichzeitig zur Erzeugung der Zündenergie dient, nicht

verwenden, weil bei diesen Zündanlagen der Primärstrom zum Zündzeitpunkt unterbrochen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine transistorgesteuerte Magnetzündanlage so aufzubauen, daß die Höhe des im Zündzeitpunkt zu unterbrechenden Primärstromes durch Steuerelemente im Primärstromkreis weitgehend unabhängig ist

Dies wird durch die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs erreicht Durch die Verwendung der Schwellspannung einer mit dem Zündtransistor in Reihe geschalteten Diodenstrecke zur Aufsteuerung des Zündtransistors wird einerseits ein unverzügliches Aufsteuern des Zündtransistors beim Beginn einer positiven Primärspannungs-Halbwelle erreicht und andererseits eine Dämpfung bzw. eine Begrenzung des Primärstromes verhindert. Dies hat den Vorteil, daß auch bei einer niederen Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine der zu unterbrechende Primärstrom ausreicht, um den zur Zündung erforderlichen Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung des Zündankers bzw. der Zündspule zu erzeugen.

Um im Bedarfsfall die für die Aufsteuerung des Zündtransistors in den Sättigungsbereich erforderliche Steuerspannung zu erhalten, ist es vorteilhaft, den Kollektor des Zündtransistors an eine Serienschaltung zweier Dioden anzuschließen, den Emitter mit einem Ende der Zündankerwicklung zu verbinden und den mit dem Kollektor des Zündtransistors nicht verbundenen Anschluß der Serienschaltung der beiden Dioden an das andere Ende der Zündankerwicklung anzuschließen.

Die Erfindung ausgestaltende Einzelheiten sind an mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Schaltbild einer Zündanlage mit einem Magnetzünder, in dessen Primärstromkreis die Schaltstrecke des Zündtransistors liegt, der durch einen Impulsgeber im Zündzeitpunkt über eine Steuereinrichtung gesperrt wird.

F i g. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Steuerspannungen und Steuerströme zur Umschaltung des Zündtransistors und

F i g. 3 zeigt den Primärstromkreis eines Magnetzünders nach Fig. 1 mit einem Spannungsteiler zur Umschaltung des Zündtransistors im Zündzeitpunkt.

In F i g. 1 ist das Schaltbild einer Zündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, die von einem Magnetzünder 10 versorgt wird. Der Magnetzünder 10 besteht aus einem umlaufenden Magnetsystem 11 aus mehreren in Umfangsrichtung angeordneten, abwechselnd gepolten Dauermagneten, die beispielsweise in einem Schwungrad der Brennkraftmaschine eingegossen sind und von dieser angetrieben werden. Sie wirken mit einem am Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordneten Zündanker 12 zusammen, dessen Zündaiikerwicklung 13 als Zündspule mit einer Primärwicklung 13a und einer Sekundärwicklung i3b ausgebildet ist. Die Sekundärwicklung 13ö ist über ein Zündkabel 14 mit einer Zündkerze 15 der Brennkraftmaschine verbunden. Die Primärwicklung 13a des w) Zündankers 12 versorgt einen Primärstromkreis, in dem die Kollektor-Emilterstrecke eines NPN-Zündtransistors 16 angeordnet ist. Der Kollektor des Zündtransistors 16 ist mit zwei in Reihe geschaltete Dioden 17 und 18 kathodenseitig verbunden und mit seinem Emitter i/> mit dem einen, an Masse liegenden Ende der Primärwicklung 13a des Zündankers 12 verbunden. Die Basis des Zündtransistors 16 ist einerseits über einen Widerstand 19 mit der Anode der Diode 17 verbunden, die an das andere Ende der Primärwicklung 13a des Zündankers 12 angeschlossen ist. Die Basis des Zündtransistors 16 ist ferner an einen Steuerstromkreis angeschlossen, in dem eine Schalteinrichtung 20 und ein Kondensator 21 enthalten sind. Der Kondensator 21 ist einerseits mit dem auf Masse liegenden Ende der Primärwicklung 13a verbunden und andererseits über eine Diode 22 mit dem anderen Ende der Primärwicklung 13 verbunden.

Die Diode 22 ist im Hinblick auf die im Primärstromkreis angeordneten Dioden 17 und 18 in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt. Die Schalteinrichtung 20 ist zu ihrer Steuerung mit einem magnetischen Impulsgeber 23 verbunden und ihr mit der Basis des Zündlransistors 16 verbundener Anschluß ist über eine weiteren Widerstand 24 mit Masse verbunden.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage wird anhand der in F i g. 2 dargestellten Diagramme für den Verlauf der Spannungen und Ströme am Zündtransistor 16 erläutert. Auf der Achse ωι, ist der Primärstrom l_p als ausgezogene Kennlinie und die Primärspannungen U_n an der Primärwicklung 13a als gestrichelte Kennlinie dargestellt. Auf der Achse ω/2 ist der Basisstrom //, des Zündtransistors 16 als ausgezogene Kennlinie und die Kondensatorspannung U_c am Kondensator 21 als gestrichelte Kennlinie dargestellt.

Wird beim Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine das Magnetsystem 11 in Pfeilrichtung gedreht, so erzeugen die Dauermagnete in der Primärwicklung 13a des Zündankers 12 eine Spannung mit aufeinanderfolgenden positiven und negativen Halbwellen. Beim Auftreten einer ersten positiven Halbwelle der Primärspannung Up wird beim Erreichen der Schwellspannung an den Dioden 17 und 18 im Primärstromkreis diese über den Widerstand 19 an die Basis des Zündtransistors 16 gelegt. Da dieser mit seinem Emitter auf Masse liegt, fließt aufgrund dieser Spannung ein Basisstrom /*, der den Zündtransistor 16 in den stromleitenden Zustand schaltet. Nunmehr ist der Primärstromkreis über die Dioden 17 und 18 und über die Schaltstrecke des Zündtransistors 16 kurzgeschlossen und es fließt ein Primärstrom I_n, der an den Dioden 17 und 18 sowie an der Schaltstrecke des Zündtransistors 16 lediglich den Spannungsabfall erzeugt, der zur Aufrechterhaltung des leitenden Zustandes des Zündtransistors 16 erforderlich ist. Die Primärspannung U_p der Primärwicklung 13a bricht dabei stark zusammen. Beim Auftreten der folgenden negativen Halbwelle der Primärspannung U_n liegen die Dioden 17 und 18 sowie die Schaltstrecke des Zündtransistors 16 in Sperrichtung. Da jedoch die Diode 22 für diese Spannungshalbwelle in Durchlaßrichtung liegt, wird der Kondensator 21 auf eine negative Spannung U₁- aufgeladen. Die Schalteinrichtung 20, die beispielsweise als bistabile Kippstufe ausgebildet sein kann, ist zu diesem Zeitpunkt gesperrt, so daß die Ladung des Kondensators 21 nicht über die Schalteinrichtung 20 und den Widerstand 24 abfließen kann. Beim Auftreten der folgenden positiven Halbwelle der Primärspannung U_p wird nun der Zündtransistor 16 erneut stromleitend. Der Primärstromkreis ist wieder kurzgeschlossen und durch einen starken Primärstrom Ip wird im Zündanker 12 ein starkes Magnetfeld aufgebaut. Zum Zündzeitpunkt Zzp erzeugt nun der magnetische Impulsgeber 23 einen Steuerimpuls, der die Schalteinrichtung 20 umschaltet, so daß nun die Kondensatorspannung ίΛ-des Kondensators 21 über die Schalteinrichtung 20 auf die Basis des Zündtransistors

16 gelangt. Dadurch wird die Basis gegiMiübcr dem Emitter des Zündlransistors 16 negativ und der Zündtransistor sperrt den Primärslrom /_;, unverzüglich. Durch die Unterbrechung des Primärslromes bricht das Magnetfeld im Zündanker 12 schlagartig zusammen und induziert dabei in der Sekundärwicklung 136 einen Hochspannungsimpuls, der an der Zündkerze 15 einen Zündfunken zur Folge hat. Beim Zusammenbruch des Magnetfeldes im Zündanker 12 wird auch in der Primärwicklung 13a eine Spannungsspilzc induziert, die jedoch bei einem hochohmigen Widerstand 19 an der Basis des Zündtransistors 16 unwirksam ist. Nachdem die elektrische Ladung des Kondensators 21 über die Schalteinrichtung 20 und den Widerstand 24 abgeflossen ist, wird durch einen erneuten Steuerimpuls des magnetischen Impulsgebers 23 die Schalteinrichtung 20 gesperrt. Bei der folgenden negativen Halbwolle der Primärspannung U_n kann sich nun der Kondensator 21 erneut aufladen und der Zündvorgang wiederholt sich mit jeder vollen Umdrehung des Magnetsystems 11 in der oben beschriebenen Weise.

In Fig. 3 ist der Primärstromkreis eines in Fig. 1 gezeigten Magnetzünders dargestellt. Dabei sind gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Zur Steuerung des Zündtransistors 16 in den stromleitenden Zustand sind wiederum zwei in Reihe liegende Dioden 17 und 18 in der Kollektorleitung des Zündtransistors 16 angeordnet. Der Anodenanschluß der Diode 17 ist hier jedoch über den Widerstand 19 an die Basis eines Vortransistors 30 gelegt, der mit dem Zündtransislor 16 in einer Darlington-Schaltung gekoppelt ist. In einem weiteren an der Basis des Vortransistors 30 angeschlossenen Seuerstromkreis ist ein Steueriransistor 31 angeordnet, dessen Kollektor- !!mittcr-Strecke zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors 16 in der Darlington-Schaltung parallelgeschaltet ist. Die Basis des Steuertransistors 31 ist mit dem Abgriff 32a eines Spannungsteilers 32 verbunden, der zur nicht dargestellten Primärwicklung des Zündankers parallelgeschaltet ist. Der Spannungsteiler 32 besteht aus einem Widerstand 33, zwei dazu in Reihe liegende Dioden 34 und 35, einer Zenerdiode 36 sowie einem weiteren Widerstand 37. Der Abgriff 32a des Spannungsteilers liegt zwischen der Zenerdiode 36 und dem Widerstand 37. Die Zenerdiode 36 im oberen Teil des Spannungsteilers 32 ist derart gepolt, daß der Steuertransislor 31 beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis der Zündanlage erst dann das zu seiner Umschaltung in seinen stromleitenden Zustand erforderliche positive Potential erhält, wenn die Zenerspannung erreicht wird. Zur Begrenzung der negativen Spannungshalbwelle im Primärstromkreis der Zündanlage ist die Primärwicklung 13a des Zündankers 12 von einer weiteren Diode 38 überbrückt, die mit einem Widerstand 39 in Reihe liegt. Die Diode 38 ist in bezug auf die Dioden 17 und 18 im Primärstromkreis in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt.

Die Wirkungsweise der Zündanlage ist derart, daß beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle des Magnetzünders 10 (Fig. 1) ein positives Potential Ober den Willerstand 14 auf die liiisis des Vortransistors 30 gelangt und diesen sowie den Zündtransistor 16 über seinen auf Masse liegenden !-!miller in den stromleitenden Zustand schultet. Der l'rimärstmmkreis wird dadurch kurzgeschlossen und es fließt ein Primärslrom über die Dioden 17 und 18 und über die Schalislrccke des Transistors 16. Der konsiante Spannungsabfall an den Dioden 17 und 18 hält dabei den slronileitenden Zustand der Transistoren 30 und 16 aufrecht. Zum

ίο Zündzeitpunkt ist an der Zenerdiode 36 des Spannungsteilers 32 die Zenerspannung erreicht. Die Zenerdiode bricht durch, so daß ein positives Potential über den Abgriff 32a nunmehr auf die Basis des Stcuertransistors 31gelangt und diesen in den stromleitenden Zustand umschaltet. Dadurch wird nun die Basis des Vortransislors 30 auf Masse gelegt. Als Folge davon sperren die Transistoren 30 und 16. Damit wird der Primärstrom augenblicklich unterbrochen und dadurch der Zündvorgang an der Zündkerze ausgelöst. Die dabei der Primärwicklung des Zündankers induzierte positive Spannungsspitzc ist am Zündtransistor 16 unwirksam, da sie den Steuertransistor 31 über die Zenerdiode 36 verstärkt in den stromleitenden Zustand steuert, wodurch die Basis des Vortransistors 30 auf Masse gelegt wird.

Gegen Ende der positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis wird die Zenerspannung der Zenerdiode 36 erneut unterschritten und der Steuertransistor 31 gelangt wieder in den Sperrzustand. Damit wird die Basis des Vortransistors 13 erneut über den Widerstand 19 an das Anodenpotential der Diode 17 gelegt. Beim Auftreten einer nachfolgenden negativen Spannungshalbwelle des Magnetzünders wird diese über die Diode 38 und den Widerstand 39 so weit belastet, daß die Erzeugung zur Auslösung einer Fehlzündung ausreichenden Hochspannung in der Sekundärwicklung 13£ des Zündankers 13 verhindert wird.

Die mit der Zenerdiode 36 in Reihe geschalteten Dioden 34 und 35 des Spannungsteilers 32 sollen einer Verschiebung des Zündzeitpunktes entgegenwirken indem sie den Temperaturgang der Transistoren 30 und 16 und damit die Änderung der Primärspannung bei unterschiedlichen Temperaturen kompensieren. Diese Zündanlage ist für Magnetzünder mit nur einem umlaufenden Dauermagneten besonders geeignet, da mit jeder positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis ein Zündvorgang ausgelöst wird.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellter Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise der Zündanker des Magnetzünders ohne Hochspannungswicklung ausgelegt sein. In diesem Fall ist eine besondere Zündspule erforderlich, deren Primärwicklung im Stromkreis der Zündankerwicklung angeordnet ist. Ferner ist es möglich, an Stelle der Dioden 17 und 18 nur eine Diode zu verwenden, sofern deren Spannungsabfall in Durchlaßrichtung zur Steuerung des Zündtransistors ausreicht Der Zündtransistor kann ebenfalls ah PN P-Leistungstransistors ausgeführt sein, wobei dann die übrigen elektrischen Bauteile entsprechend gepoll

W) sein müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündanker, der zur Erzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem zusammenwirkt und an dessen Wicklung ein Stromkreis angeschlossen ist, in dem die Schaltstrecke eines Zündtransistors liegt und der zugleich den Primärstromkreis einer Zündspule bildet, deren Sekundärwicklung über ein Zündkabel mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist und wobei der Zündtransistor mit seiner Basis an einem Steuerstromkreis angeschlossen ist. der im Zündzeitpunkt durch ein Steuersignal einer Steuereinrichtung den Zündtransistor vom stromleitenden Zustand in den Sperrzustand umsteuert, wobei mindestens eine Diode mit der Schaltstrecke des Zündtransistors in gleicher Durchlaßrichtung liegend in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Diode (17, 18) mit einem Anschluß am Kollektor des Zündtransistors (16) angeschlossen ist und daß die Spannung an dem mit dem Kollektor nicht verbundenen Anschluß der mindestens einen Diode (17) über einen Widerstand (19) auf die Basis des Zündtransistors (16) gelangt.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Zündtransistors (16) an eine Serienschaltung zweier Dioden (17, 18) angeschlossen und der Emitter mit einem Ende der Zündankerwicklung (13) verbunden ist und daß der mit dem Kollektor des Zündtransistors (16) nicht verbundene Anschluß der Serienschaltung der beiden Dioden an das andere Ende der Zündankerwicklung (13) angeschlossen ist.

3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Steuerstromkreis angeschlossene Basis des Zündtransistors (16) mit einer in dem Steuerstromkreis angeordneten Schalteinrichtung (20, 21) verbunden ist, die im Zündzeitpunkt (Zzp) durch das Steuersignal der Steuereinrichtung (23, 32) vom Sperrzustand in den leitenden Zustand umschaltbar ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (20) an einen Kondensator (21) angeschlossen ist, der einerseits mit dem einen, auf Masse liegenden Ende der Zündankerwicklung (13) und andererseits über eine Diode (22) mit dem anderen Ende der Zündankerwicklung (13) verbunden ist, wobei die Diode (22) in so bezug auf die mit der Schaltstrecke des Zündtransistors (16) in Serie liegenden mindestens eine Diode (17,18) in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt ist.

5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (24) v> zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors (16) parallel geschaltet ist.

6. Zündanlage nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, Jaß die Steuereinrichtung ein parallel zur Zündankerwicklung (13) geschalteter wi Spannungsteiler (32) ist.

7. Zündanlage nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein Stcuertransistor(31) nach dessen Kollektor-Emitter-Strecke zur Basis-Emitter-Streckc des Zündtransi- <,-, stors (16) parallel geschaltet ist und dessen Basis mit dem Abgriff des Spannungsteilers (32) verbunden ist.

8. Zündanlage nach einem der vorherigen

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündankerwicklung (13) von einer weiteren, mit einem Widerstand (39) in Reihe liegenden Diode (38) überbrückt ist, die in bezug auf die mit der Schaltstrecke des Zündtransistors (16) in Serie liegende mindestens eine Diode (17, 18) in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt ist

9. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündtransistor (16) mit einem Vortransistor (30) in Darlingtonschaltung gekoppelt ist