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Zündanlage für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem nach Art eines Wechselstromgenerators
arbeitenden Signalgeber, mit -einem an diesen Signalgeber angeschlossenen ,Schwellwertschalter,
mit einer steuerbaren elektronischen Zündungsschaltstrecke zur Unterbrechung des
von einer Stromquelle gelieferten, über die Primärwicklung einer Zündspule geführten
Stromes, mit einem Steuertransistor zur Steuerung der Zündungsschaltstrecke und
mit einem zwischen Schwellwertschalter und Steuertransistor vorgesehenen Speicherglied,
das wenigstens
bis zu einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine
einen mit wachsender Drehzahl abnehmenden Energiebetrag speichert und zwei parallelgeschaltete
Stromzweige aufweist, von denen jeder einen Kondensator enthält, nach Patent ...
(Patentanmeldung P 22 44 781.0).
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Eine derartige Zündanlage zeichnet sich dadurch aus, daß auf den herkömmlichen
Unterbrecherschalter verzichtet werden kann, der nach längerer Betriebsdauer wegen
Verschmutzung und Abbrand an seinen Kontakten den Betrieb der Brennkraftmaschine
gefährdet, und daß sich außerdem bei Drehzahländerung der Brennkraftmaschine jeweils
die Dauer des Stromflusses in der Primärwicklung der Zündspule selbsttätig auf den
günstigsten Wert einstellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einer Zündanlage der eingangs
erwähnten Art die Anpassung der Dauer des Stromflusses in der Primärwicklung an
die Drehzahl der Brennkraftmaschine in einfacher Weise noch weiter zu prazisieren.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensator
des einen Stromzweiges mit einem spannungsabhängigen Schaltglied in Serie geschaltet
ist, das erst bei einer bestimmten Ladespannung am Kondensator des anderen Stromzweiges
Strom durchläßt.
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Durch Anwendung dieser Maßnahme erhält man eine der Drehzahl der Brennkraftmaschine
sich anpassende Zeitkonstante des Speichergliedes, wodurch bei niedriger Drehzahl
nur die für eine wirkungsvolle Zündung tatsächlich notwendige Energie in der Zündspule
gespeichert wird und bei hoher Drehzahl aber auch noch für ausreichende Zündenergie
gesorgt ist. Es findet somit weder ein unnötiger Stromverbrauch noch eine unerwünschte
Belastung (Erwärmung) der Zündspule statt.
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Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert und- beschrieben.
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Die dargestellte Zündanlage, die für die nicht dargestellte Brennkraftmaschine
eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeuges bestimmt sein soll, wird aus
einer GlEichstromquelle 1 gespeist, die im Beispielsfall die Batterie des Kraftfahrzeuges
ist. An der Stromquelle 1 geht von dem Pluspol eine einen Betriebsschalter (Zündschalter)
2 enthaltende Versorgungsleitung 3 und von dem Minuspol eine an Masse liegende Leitung
4 aus. Von der- Versorgungsleitung 3 geht eine Verbindung aus, die zunächst über
die Primärwicklung 5 einer Zündspule 6 und danach über eine Zündungsschaltstrecke
7 zur Masseleitung 4 führt. Die Zündungsschaltstrecke 7, die zum Schutz gegen Überbeanspruchung
die Parallelschaltung eines Kondensators 8 und einer von der Strom quelle 1 in Sperrichtung
beanspruchten Zenerdiode 9 in ihrem Nebenschluß au-fweist, wird durch die Emitter-Kollektor-Strecke
eines (npn-) Transistors 10 gebildet. Der Transistor 10 bildet mit einem weiteren
(npn-) Transistor 11 eine Darlington-Schaltung, indem diese beiden Transistoren
10, 11 mit ihrem Kollektor gemeinsam an der Primärwicklung 5 liegen, an ihrer Basis-Emitter-Strecke
je einen von zwei in Serie liegenden Widerstände 12, 13 im Nebenschluß aufweisen
und der Emitter des weiteren Transistors II mit der Basis des Transistors 10 verbunden
ist.
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Von dem zwischen Primärwicklung 5 und -Zündungssch.altstrecke 7 liegenden
Leitungsabschnitt führt eine Verbindung zunächst über die Sekundärwicklung 14 der
Zündspule 6 und danach über eine Zündkerze 15 zur Masseleitung 4. Selbstverständlich
kann die Sekundärwicklung 14 mittels eines nicht dargestellten Zündverteilers auch
in einer vorbestimmten Reihenfolge an mehrere Zündkerzen anschließbar sein.
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Von der Versorgungsleitung 3 führt eine weitere Verbindung zunächst
über einen Widerstand 16 und danach über die Parallelschaltung eines Kondensators
17 und einer von der Stromquelle 1 in Sperrichtung beanspruchten Zenerdiode 18 zur
Masseleitung 4.
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Zwischen Widerstand 16 einerseits und Kondensator 17 sowie Zenerdiode
18 andererseits ist somit ein Schaltungspunkt 19 vorhanden, der während des Betriebes
ein stabilisiertes Potential aufweist. Von dem Schaltungspunkt 19 geht eine Verbindung
aus, die zunächst über einen Widerstand 20, danach über eine von der Stromquelle
1 in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode 21 und schließlich über eine Geberwicklung
22 zur Masseleitung 4 führt.
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Die Geberwicklung 22 ist Bestandteil eines mit gestricheltem Linienzug
angedeuteten Signalgebers 23, der mit einem nicht dargestellten, während des Betriebes
rotierenden Teil der Brennkraftmaschine gekuppelt ist und nach Art eines Wechselstromgenerators
arbeitet. Es werden somit von dem Signalgeber 23 während des Betriebes wenigstens
annähernd sinusförmige Wechselspannungssignale zur Verfügung gestellt, von denen
die negative Halbwelle in Richtung des Pfeiles U1 und die positive Halbwelle in
Richtung des Pfeiles U2 wirken soll.
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Ein zwischen Widerstand 20 und Diode 21 liegender Schaltungspunkt
24 ist an die Anode einer Diode 25 angeschlossen, deren Kathode mit dem Eingang
eines nach Art eines Schmitt-Triggers arbeitenden SchwelLwertschaLters 27 und außerdem
über die Parallelschaltung eines Bemessungswiderstandes 28 und eines zur Ableitung
von Störimpulsen dienenden Kondensators.29 mit der Masseleitung 4 in Verbindung
steht.
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Der Schwellwertschalter 27 weist einen (npn-) Eingangstransistor 30
und einen (npn-) Ausgangstransistor 31 auf. Diese beiden Transistoren 30, 31 sind
mit ihrem Emitter über einen gemeinsamen Widerstand 32 an die Masseleitung 4 und
mit ihrem Kollektor je über einen von zwei Widerständen 33, 34 an den Schaltungspunkt
19
angeschlossen. Außerdem steht die Basis des Ausgangstransistors 31 über einen Widerstand
35 mit dem Kollektor des Eingangstransistors 30 und über einen weiteren Widerstand
36 mit der Masseleitung 4 in Verbindung.
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Der Ausgang 37 des Schwellwertschalters 27 steht über ein Speicherglied
38 mit der zu einem (npn-) Steuertransistor 39 gehörenden Basis in Verbindung, die
außerdem über einen zur Ableitung von Störimpulsen dienenden Kondensator 40 an die
Messeleitung 4 und über einen Widerstand 41 an den Schaltungspunkt 19 angeschlossen
ist. Dabei ist dem Speicherglied 38 der Widerstand 34 als 11Ladewiderstand" und
der Widerstand 41 als "Entladewiderstand" zugeordnet.
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Der mit seinem Emitter an der Masseleitung 4 liegende Steuertransistor
39 ist mit seinem Kollektor über die Serienschaltung zweier iderstände 42, 43 an
die Versorgungsleitung 3 angeschlossen. An der gemeinsamen Verbindung 44 dieser
beiden Widerstände 42, 43 liegt die Basis eines (pnp-) Vortransistors 45, der mit
seinem Emitter an die Versorgungsleitung 3 angeschlossen ist und zum Schutz gegen
Störimpulse einen Kondensator 46 im Nebenschluß seiner Basis-Emitter-Strecke aufweist.
Der Kollektor des Vortransistors 45 ist über einen Widerstand 47 mit der Basis des
weiteren Transistors 11 verbunden.
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Das Speicherglied 38, das einen mit wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine
abnehmenden Energiebetreq speichert, weist einen zwischen dem Ausgang 37 des Schwellwertschalters
27 und der Basis des Steuertransistors 39 liegenden Stromzweig 48 auf, der einen
Kondensator 49 enthält. Dem Stromzweig 48 ist ein ebenfalls zum Speicherglied 38
gehörender-Stromzweig 50 parallelgeschaltet, der- die Serienschaltung eines Kondensators
51 und eines spannungsabhängigen Schaltgliedes 52 enthält, das erst bei einer bestimmten
Ladespannung am Kondensator 49 Strom durchläßt. Die
Anpassung der
Dauer des Stromflusses in der Primärwicklung 5 an die Drehzahl der Brennkraftmaschine
läßt sich noch verbessern, wenn - außer dem Stromzweig 50 mit dem Kondensator 51
und dem spannungsabhängigen Schaltglied 52 - noch weitere im Nebenschluß des Kondensators
49 liegende Stromzweige vorgesehen werden, die je die Serienschaltung eines Kondensators
und eines spannungsabhängigen Schaltgliedes enthalten. Im Beispielsfall ist ein
einziger weiterer Stromzweig 53 gewählt, der im Nebenschluß der Stromzweige 48,
S0 liegt und die Serienschaltung eines Kondensators 54 und eines spannungsabhängigen
Schaltgliedes 55 enthält, das erst bei einer bestimmten Ladespannung an den Kondensatoren
49, 51 Strom durchläßt. Dabei ist die Kapazität des Kondensators 51 größer als diejenige
des Kondensators 49 und die Kapazität des Kondensators 54 größer als diejenige des
Kondensators 51 gewählt, während der Stromfluß am spannungsabhängigen Schaltglied
52 im Vergleich zum spannungsabhängigen Schaltglied 55 bei einem niedrigeren Ladespennungswert
einsetzt.
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Im einfachsten Fall sind die spannungsabhängigen Schaltglieder 52,
55 durch je eine von zwei durch den Ladestrom der Kondensatoren 51, 54 in Sperrichtung
beanspruchte Zenerdioden56, 57 gebildet.
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Die soeben beschriebene Zündanlage hat folgende Wirkungsweise: Sobald
der Betriebsschalter 2 geschlossen wird, ist die Anlage funktionsbereit. Wird gerade
am Signalgeber 23 eine in Richtung des Pfeiles U2 wirkende positive Spannungshalbwelle
zur Verfügung gestellt, so ist das infolge der Diode 21 ohne Einfluß auf die Basis
des zum Schwellwertschalter 27 gehörenden Eingangstransistors 30. In diesem Fall
verläuft somit über die Basis-Emitter-Strecke des Eingangstransistors 30 ein Steuerstrom,
der über die Schaltungselemente 2, 3, 16, 20, 25, 32 sowie 4 geführt wird und die
Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 30 in den stromdurchlassenden Schaltzustand
steuert,
während abhängig davon die Emltter-Kolektor-Strecke des
Ausgangstransistors 31 in den stromsperrenden Schaltzustand gelangt. Demzufolge
fließt über die Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors 39 ebenfalls ein Steuerstroms
der über die Schaltungselemente 2, 3, 16, 41 sowie 4 verläuft und die Emitter-Kollektor-Strecke
dieses Transistors 39 in den stromdurchlassenden Schaltzustand steuert. Dabei verzweigt
sich ein Teilstrom über den Ladewiderstand 34 und das Speicherglied 38, so daß sich
das Speicherglied 38 auf einen bestimmten Energiebetrag auflädt.
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Wenn sich die Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors 39 in
dem stromdurchlassenden Schaltzustand befindet, wird auch über die Basis-Emitter-Strecke
des Vortransistors 45 Steuerstrom geführt, so daß dessen Emitter-Kollektor-Strecke
leitend ist. Infolge eines Stromflusses über die Schaltungselemente 2, 3, 45, 47,
13, 12 sowie 4 entstehen an den Widerständen 12, 13 Spannungsabfälle, durch die
sowohl die Emitter-Kollektor-Strecke des weiteren Transistors 11 als auch die die
Zündungsschaltstrecke 7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 10 in
den stromdurchlassenden Schaltzustand gesteuert werden. Die Primärwicklung 5 der
Zündspule 6 wird daher jetzt mit Strom aus der Stromquelle 1 gespeist.
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Tritt nun in der Geber«icklung 22 des Signal'gebers 23 die in Richtung
des Pfeiles U1 wirkende negative Spannungshalbwelle auf, so wandert das Potential
am Schaltungspunkt 24 in negativer Richtung bis schließlich ein Steuerstromzufluß
zum Eingangstransistor 30 des Schwellwertschalters 27 verhindert wird.
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Es fließt dann Steuerstrom über die Basis-Emitter-Strecke des usgangstransistors
31, der über die-Schaltungselemente 2, 3, 16, 33, 35, 32 sowie 4 verläuft und die
ie Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 31 leitend macht. Es setzt eine
Entladung des Speichergliedes 38 ein und zwar über den Widerstand 41, die Emitter-Kollektor-Strecke
des Ausgangstransistors 31 und den
widerstand 32. Das Potential
an der Basis des Steuertransistors 39 vcrschiebt sich dabei soweit in negativer
Richtung, daß dessen Emitter-Kollektor-Strecke in den stromsperrenden Schaltzustand
übergeht. Somit geht auch die Emitter-Kollektor-Strecke des Vortransistors 45, die
Emitter-Kollektor-Strecke des weiteren Transistors 11 und die die Zündungsschaltstrecke
7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 10 in den stromsperrenden Schaltzustand
über. Durch die dabei stattfindende Unterbrechung des über die Primärwicklung 5
geführten Stromflusses wird in der Sekundärwicklung 14 ein Hochspannungsstoß und
damit an der Zündkerze 15 ein Zündfunke erzeugt.
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Nach einer bestimmten Zeitspanne ist die Entladung des Speichergliedes
38 soweit fortgeschritten, daß am Steuertransistor 39 infolge des an der Basis wieder
in positiver Richtung ansteigenden Potentials die Emitter-Kollektor-Strecke erneut
in den stromdurchlassenden Schaltzustand gesteuert wird. Dadurch gelangt auch wieder
die Emitter-Kollektor-Strecke des Vortransistors 45, die Emitter-Kollei<tor-Strecke
des weiteren Transistors 11 und die die Zündungsschaltstrecke 7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 10 in den stromdurchlassenden Schaltzustand. Der Stromfluß durch
die Primärwicklung 5 und somit die Energiespeicherung in der Zündspule 6 kann bereits
wieder beginnen, noch bevor der Signalgeber 23 mit seiner abklingenden negativen
Spannungshalbwelle den Schwellwertschalter 27 umgesteuert hat, das heißt bevor die
Emitter-Kollektor-Strecke des Eingangstransistors 30 leitend und die Emitter-Kollektor-Strecke
des Ausgangstransistors 31 nichtleitend geworden ist. Findet dann diese Umsteuerung
statt, so wird das Speicherglied 38 wieder über den Widerstand 34 aufgeladen, so
daß der soeben beschriebene Funktionsablauf erneut beginnen kann.
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Das Speicherglied 38 wirkt in der Weise, daß im niederen Drehzahlbereich
der Brennkraftmaschine bei der über den Ladewiderstand 34 erfolgenden Aufladung
des Kondensators 49 schließlich
ein Ladespannungswert erreicht
wird, bei der das spannungsabhängige Schaltglied 52 Strom durchläßt und auch der
Kondensator 51 aufgeladen wird. Der über den Ladewiderstand 34 zufliesende Ladestrom
steigt'jetzt wegen der größer gewordenen Zeitkonstante langsamer an, bis dann der
Ladespannungswert an den beiden Kondensatoren 49, 51 auch einen Stromfluß über das
spannungsabhängige Schaltglied 55 und somit eine Aufladung des Kondensators 54 verursacht.
Der Anstieg des über den Ladewiderstand 34 zufließenden Ladestromes wird noch weiter
verlangsamt, bis schließlich die Emitter-Kollektor-Strecke des Ausgangstransistors
31 infolge des Spannungszustandes am Signalgeber 23 wieder in den stromdurchlassenden
Schaltzustand gesteuert wird und die Entladung der in Parallelschaltung wirkenden
Kondensatoren 49, 51, 54 einsetzt. Es ergibt sich dann in Verbindung mit dem Entladewiderstand
41 eine relativ große Zeitkonstante, so daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors
39 und somit auch die die Zündungsschaltstrecke 7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 10 über eine längere Zeit im stromsperrenden Schaltzustand verbleiben.
Diese Zeitdauer wird nun mit steigender Drehzahl der Brennkraftanaschine in geeigneter
Weise verkürzt, weil dann zunächst einrnal die Kapazität des Kondensators 54 und
bei noch weiter ansteigender Drehzahl auch die Kapazität des Kondensators 51 nicht
mehr an dem Lade- und Entladevorgang des Speichergliedes 38 beteiligt ist. Die Zeit,
während der sich nun der Steuertransistor 39 und damit auch der Transistor 10 im
stromsperrenden Schaltzustand befinden, bleibt dann bei weiter wachsender Drehzahl
wenigstens nahezu konstant.