DE3535365A1 - Hochspannungs-kondensator-zuendgeraet fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochspannungs-Kondensa­ tor-Zündgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Art.

Ein solches Zündgerät ist z. B. aus dem Buch "Modern Elec­ tronic Circuits Manual" McCraw-Hill Book Company, 1980, Seite 83 bekannt. Dieses bekannte Zündgerät benutzt einen abschaltbaren, mit f = 10 kHz schwingenden Sperrwandler, der aus NAND-Gliedern gebildet ist. Mit dem den Zündkondensa­ tor entladenden Thyristor ist die Primärwicklung eines Transformators in Reihe geschaltet, dessen Sekundärwicklung einen weiteren Thyristor ansteuert, um einen Impuls zum Abschalten des Spannungswandlers zu erzeugen. Die Dauer dieses Abschaltimpulses muß so groß sein, daß ein vorzei­ tiges Wiedereinschalten des Spannungswandlers so lange verzögert wird, wie der Hauptthyristor leitend bzw. ioni­ siert ist. Wird der Spannungswandler zu früh wieder einge­ schaltet, führt der Thyristor sofort wieder Strom, ohne daß dieser an seiner Gate-Elektrode von einem Zündimpuls angesteuert werden müßte. Die Abschaltdauer für den Span­ nungswandler muß daher so groß gewählt werden, daß der Thyristor nach dem Entladen der maximal möglichen Hochspan­ nung am Zündkondensator, also nach dem Fließen eines maximal möglichen Stromes durch den Thyristor mit Sicherheit wieder entionisiert, d. h. vollständig gesperrt ist, bevor der Spannungswandler erneut eingeschaltet werden kann, um den Zündkondensator wieder aufzuladen.

Dadurch wird aber die maximale Zündfrequenz begrenzt, bis zu der noch eine ausreichende Hochspannung am Zündkonden­ sator zu erzeugen ist. Zwar wird auch bei dem bekannten Zündgerät die Dauer des Abschaltimpulses für den Spannungs­ wandler in Abhängigkeit von der Zündfrequenz geändert, um bei ansteigender Frequenz die Abschaltdauer des Spannungs­ wandlers zu verringern. Jedoch erfolgt dieses über den im Stromkreis des Thyristors liegenden Transformator, der, sobald ein Impuls ausgelöst wurde, den zweiten Thyristor auslöst, worauf dieser einen von einer R-C-Kombination ver­ zögerten Abschaltimpuls an die NAND-Glieder weitergibt. Die Abschaltdauer wird mit höherer Frequenz zwar kürzer, kann aber nur einen Näherungswert der tatsächlichen Ver­ hältnisse am Hauptthyristor darstellen, der mit einigem Sicherheitsabstand immer größer sein muß, als das physika­ lisch absolut mögliche zeitliche Minimum. Da der Transfor­ mator weiterhin bekanntlich nur Stromänderungen zu über­ tragen vermag, ist bei dieser bekannten Schaltung nicht ersichtlich, wie ein fehlerhaft ausgelöster Thyristor aus seinem Dauer-Leitzustand herauskommen soll, sofern sein Haltestrom nicht durch Abschalten der Spannungsquelle unterbrochen wird. Ferner sei anzumerken, daß sich die Entladezeit des Zündkondensators wesentlich nach der Impe­ danz der Zündspule richtet. Bei einer, wie hier veröffent­ lichten, Schaltung müßte sich die Abschaltzeit entweder nach der größtmöglichen Impedanz einer evtl. verwendeten Zündspule richten, oder aber das Gerät muß jedesmal auf die zu verwendende Zündspule optimiert werden, wobei hier Fer­ tigungs-Toleranzen der Zündspule ebenfalls eine Rolle spielen. Sollte ferner die Zündfunkenleistung durch Ände­ rung von Gerätekomponenten verändert werden, muß jedesmal erneut die Abschaltzeitdauer durch R-C-Abstimmung justiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zündgerät der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubil­ den, daß die Spannungsquelle immer nur so lange abgeschal­ tet wird, wie sich der Thyristor tatsächlich, auch unter sich stets ändernden Arbeitsbedingungen, in seinem leiten­ den bzw. noch ionisierten Betriebszustand befindet, wobei dieser so kurz wie möglich sein soll, und daß Änderungen von leistungsbestimmenden Komponenten des Gerätes und der äußeren Zündanlage ohne Einfluß auf die optimale Abschalt­ zeit der Spannungsquelle sind, da die Abschaltzeit sich jederzeit anpaßt.

Bei einem Zündgerät der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Zündgerät wird mit Hilfe minde­ stens eines Komparators die an der Gate-Elektrode des Thyristors auftretende Spannung unmittelbar überwacht und mit einer Bezugsspannung verglichen.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, daß die an der Gate- Elektrode auftretende Spannung jederzeit Aufschluß über den augenblicklichen Betriebszustand des Thyristors gibt. So erreicht nämlich die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung immer erst dann ihre konstante Ruhespannung von ca. mV, wenn der Thyristor entionisiert, d. h. vollstän­ dig gesperrt ist. In diesem Zustand des Thyristors kann dieser nur dann wieder leitend geschaltet werden, wenn er einen ausreichend großen Impuls an seiner Gate-Elektrode erhält. Mit Hilfe des mindestens einen Komparators kann daher ein die Spannungsquelle abschaltendes Ausgangssignal nur so lange aber auch immer so lange erzeugt werden, wie der Thyristor leitend bzw. ionisiert ist. Damit ist aber die Spannungsquelle immer nur so lange abgeschaltet, wie dieses aus physikalischen Gründen unbedingt erforderlich ist. Diese kürzestmöglichen Abschaltzeiten der Spannungs­ quelle verlängern aber die nutzbaren Aufladezeiten für den Zündkondensator, so daß höhere Zündfrequenzen, bzw. im oberen Drehzahlbereich eine höhere Zündspannung UC er­ reichbar sind. Ferner paßt sich die Abschaltzeit Komponen­ ten-Änderungen optimal an, z. B. nach Änderung der Zünd­ spulen-Impedanz, und der damit verbundenen Änderung der Funkenbrenndauer.

Außerdem ist das erfindungsgemäße Zündgerät auch gegenüber Störungen sehr unanfällig, da durch die unmittelbare Über­ wachung der Gate-Elektrode ein leitender oder ionisierter Zustand des Thyristors selbst dann festgestellt wird, wenn dieser Zustand fehlerhaft eingeleitet sein sollte, d. h. nicht aufgrund eines an die Gate-Elektrode gegebenen Zünd­ impulses. Ein fehlerhaft dauerleitender und damit die Span­ nungsquelle kurzschließender Thyristor weist an seiner Gate- Elektrode eine Spannung von ca. 600 Millivolt auf. Auch bei einem solchen Zustand schaltet das Ausgangssignal des min­ destens einen Komparators die Spannungsquelle ab, wodurch der Haltestrom für den Thyristor unterbrochen und dieser daher gesperrt wird.

Durch eine gemäß einer im Patentanspruch 2 angegebenen Wei­ terbildung die Primärwicklung der Zündspule überbrückende Reihenschaltung, die aus einer Diode und einer Parallel­ schaltung aus einem Widerstand sowie einer Drosselspule gebildet ist, kann der Thyristor beschleunigt abgeschaltet werden. Dieses erfolgt im einzelnen dadurch, daß aus dem von der Zündspule erzeugten positiv polarisierten Rückimpuls ein kleiner Impuls abgeleitet wird, der seinerseits wiederum, umgekehrt polarisiert den Zündkondensator auflädt. Nach Abklingen dieses kleinen Impulses liegt der Zündkondensator mit umgekehrter Polarität an der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors an. Dieses bewirkt die beschleunigte Ent­ ionisierung bzw. das Sperren des Thyristors. Der Hauptan­ teil des Rückimpulses wird dagegen über die Diode und den sehr niederohmigen Gleichstrom-Widerstand der Drosselspule sowie den ihr parallel geschalteten Widerstand an die Zünd­ spule zurückgeführt. Trotz Entnahme einer Teilenergie aus dem Rückimpuls kann daher der Zündfunke ohne Unterbrechung als Gleichstrom-Zündfunke weiterbrennen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 den Stromlaufplan eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels des erfindungsgemäßen Zündgerätes,

Fig. 2 ein Oszillogramm der am Zündkondensator auftre­ tenden Spannungen,

Fig. 3 Oszillogramme der an der Zündspule und der Drossel­ spule auftretenden Spannungen,

Fig. 4 ein Oszillogramm der an der Gate-Elektrode auf­ tretenden Spannung und

Fig. 5 ein Oszillogramm der am Thyristor zwischen Anode und Kathode auftretenden Spannung.

Wie aus dem in Fig. 1 gezeigten Stromlaufplan zu erkennen ist, weist die Spannungsquelle einen Tonfrequenz-Gegentakt- Sperrwandler, f = 10 kHz, mit zwei Leistungstransistoren TR 1 und TR 4 sowie zwei Treibertransistoren TR 2 und TR 3 auf. Diese sind in üblicher Weise mit Widerständen R 3, R 7 , R 21 und Dioden D 5 und D 6 beschaltet und mit den Primärwick­ lungen eines Transformators T 1 verbunden, dessen Sekundär­ seite auf eine Gleichrichter-Brücke D 1 bis D 4 arbeitet. Der Sperrwandler wird von einem Impulsweiten-Modulator PWM in Form einer handelsüblichen integrierten Schaltung angesteuert. Der Modulator gibt an seinem Anschluß 16 eine Bezugsgleichspannung von 5 Volt ab, die mit Hilfe eines aus Widerständen R 1 und R 2 gebildeten Spannungsteilers auf 2,5 Volt unterteilt, am Komparator-Anschluß 2 als dessen Bezug liegen. Am anderen Komparator-Anschluß 1 liegt eine durch einen weiteren und aus Widerständen R 8, R 9 und R 4 ge­ bildeten Spannungsteiler aus der von der Gleichrichter- Brücke abgegebenen Hochspannung UC unterteilte Spannung. Dem als Thermistor bzw. NTC-Widerstand ausgebildete Wider­ stand R 9 ist eine Zenerdiode Z 1 parallel geschaltet. Kon­ densatoren C 1, C 2 und C 3 vervollständigen in der gezeigten Weise die Schaltung der Spannungsquelle.

Die von der Gleichrichterbrücke abgegebene Hochspannung UC liegt an einem Zündkondensator C 4, der mit einer Zündspule SP in Reihe liegt und über eine als dünn gezeichneter Lei­ tungszug dargestellte Verbindung zu seiner Aufladung mit Masse bzw. dem Minuspol einer Bordnetzbatterie verbunden ist. Der andere Anschluß des Zündkondensators C 4 ist über einen Thyristor THY mit der Zündspule SP verbunden. Der Zündspule SP ist eine Reihenschaltung aus der Diode D 9 mit einer Parallelschaltung einer Drosselspule DR und einem Widerstand R 16 parallel geschaltet. Zur Diode D 9 liegt ein Widerstand R 17 parallel. Die Diode D 9 ist gegen die Entladerichtung des Zündkondensators C 4 geschaltet.

Ein mit einem üblichen Unterbrecher oder einem anderen Zündimpulsgenerator verbindbarer Anschluß ist über eine Diode D 10 und einem Widerstand R 19 mit den Eingängen zweier Komparatoren CP 3 und CP 4 verbunden, wobei die jeweils anderen Eingänge dieser beiden Komparatoren die vorstehend genannte Bezugsgleichspannung von 5 Volt erhalten. Die beiden anderen Anschlüsse des Widerstandes R 19 sind je­ weils mit einem Kondensator C 6 und einer Zenerdiode Z 2 ver­ bunden, die wiederum mit Masse bzw. dem Minuspol der Batte­ rie verbunden sind. Ein Widerstand R 20 versorgt einen Unterbrecher-Kontakt mit Arbeitsstrom. Die Zenerdiode Z 2 begrenzt die eingehenden Zündsignale auf gleichbleibende Amplitude. Die miteinander verbundenen Ausgänge der Kompa­ ratoren CP 3 und CP 4 sind über einen Kondensator C 5 und eine Diode D 8 mit der Gate-Elektrode des Thyristors THY verbun­ den. Widerstände R 13 und R 14 legen die beiden Anschlüsse des Kondensators C 5 gleichspannungsmäßig fest. Über den Widerstand R 18 wird von der vorstehend erwähnten Bezugs­ gleichspannung ein Teil an die Gate-Elektrode des Thyri­ stors THY gegeben, um dessen Ruhepotential gleichspannungs­ mäßig geringfügig, z. B. auf 150 mV, anzuheben. Dabei ist zu betonen, daß dieses Anheben der bei gesperrtem Thyri­ stor an seiner Gate-Elektrode auftretenden Ruhespannung, die sonst im wesentlichen nur mV ist, auf vorzugsweise 150 mV, das Betriebsverhalten des Thyristors nicht beein­ flußt.

Über einen Widerstand R 14 ist die Gate-Elektrode mit Ein­ gängen von Komparatoren CP 1 und CP 2 verbunden, um die je­ weils an der Gate-Elektrode des Thyristors THY auftretende Spannung an diese Vergleicher zu geben. Die anderen Ein­ gänge dieser Vergleicher erhalten eine Bezugsspannung von jeweils 50 mV und 380 mV. Diese Bezugsspannungen werden mit Hilfe eines aus den Widerständen R 10, R 11 und R 12 gebilde­ ten Spannungsteilers aus der genannten Bezugs-Gleichspan­ nung abgeleitet. Eine mit den Eingängen der Komparatoren verbundene Diode D 7 schützt diese vor zu großen Eingangs­ spannungen. Die miteinander verbundenen Ausgänge der Kom­ paratoren CP 1 und CP 2 sind mit dem Kompensationsanschluß 9 des Impulsweiten-Modulators PWM verbunden, der in dieser Anwendung zum Abschalten des Modulators vorzüglich zu be­ nutzen ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Zündgerät arbeitet wie folgt:

Wenn der Thyristor THY gesperrt und die Spannungsquelle eingeschaltet ist, wird am Ausgang der Gleichrichter-Brücke D 1 bis D 4 eine Hochspannung von maximal 450 Volt erzeugt, auf die der Zündkondensator C 4 aufgeladen wird, wobei der Ladestrom vom positiven Ausgang der Gleichrichterbrücke durch den Kondensator C 4, die Zündspule SP und, parallel zu diesem Weg, durch die Diode D 9 und die Drosselspule DR zum negativen Ausgang der Gleichrichterbrücke fließt. Die Hochspannung UC wird mit Hilfe des Spannungsteilers R 8, R 9 und R 4 auf einen Wert in der Größenordnung von 2,5 Volt heruntergeteilt, wobei dieser Wert mit der am Komparator- Anschluß 2 des Impulsweiten-Modulators PWM anliegenden Be­ zugsgleichspannung von 2,5 Volt verglichen wird. Der Im­ pulsweiten-Modulator ist dabei bestrebt, den Sperrwandler so zu steuern, daß auch der am Komparator-Anschluß 1 lie­ gende Wert auf 2,5 Volt gebracht wird. Da der Widerstand R 9 als Thermistor ausgebildet und damit temperaturempfind­ lich ist, wird die Hochspannung UC nach Maßgabe der an dem Thermistor R 9 herrschenden Temperatur gesteuert. Wie dieses in Fig. 2 zu erkennen ist, ändert sich die Hochspannung um­ gekehrt proportional zur Temperatur T. Je niedriger also die Temperatur ist, umso höher wird die Hochspannung UC. Vorzugsweise wird der Thermistor R 9 der Temperatur des Zünd­ gerätes selbst ausgesetzt, die durch die Verlustwärme des Zündgerätes, aber auch durch die Umgebung desselben be­ stimmt ist. Bei kaltem Zündgerät und damit auch kalter Brennkraftmaschine wird daher eine maximale Hochspannung UC erzeugt, die durch die Zenerdiode Z 1 begrenzt, einer Art "Kaltstart-Automatik" vergleichbar, die Brennkraftma­ schine mit Zündfunken größerem Energieinhalts versorgt. Das Zündgerät ist dabei vorzugsweise so ausgelegt und ange­ ordnet, daß es sich in etwa gleicher Weise wie die warm­ laufende Brennkraftmaschine erwärmt. Dadurch werden der Brennkraftmaschine in ihrem kalten Zustand Zündfunken mit erhöhter Energie und Dauer zugeführt, um auch zündunwillige Gemische sicher zu zünden. Erreicht die Brennkraftmaschine und damit auch das Zündgerät ihre Betriebstemperaturen, so wird die Hochspannung UC entsprechend vermindert, da dann Zündfunken geringerer Energie und Dauer ausreichen und das Zündgerät nur mit der erforderlichen Leistung betrieben wird.

Der Thermistor R 9 dient dabei gleichzeitig auch als Über­ lastschutz für das Zündgerät, da dieses sich bei hoher Leitungsaufnahme infolge der Verlustwärme stärker erhitzt, wodurch die Hochspannung UC zurückgenommen und auch die Leistungsaufnahme durch das Zündgerät begrenzt wird.

Wenn von dem mit dem Zündimpulsgenerator verbundenen An­ schluß ein Zündimpuls an die Komparatoren CP 3 und CP 4 ge­ geben wird, erscheint an den Ausgängen dieser Komparatoren immer dann ein Impuls, wenn der Zündimpuls die Bezugs- Gleichspannung von 5 Volt überschreitet. Keinen echten Zünd­ impuls darstellende Zündimpulse, die z. B. durch Kontakt­ prellen eines Unterbrecherkontaktes erzeugt sein können, werden durch die Schaltung Z 2, R 19 und C 6 unterdrückt. Ein echter Zündimpuls gelangt über den Kondensator C 5 und die Diode D 8 an die Gate-Elektrode des Thyristors THY, um diesen leitend zu schalten. Bei leitendem Thyristor wird der Zünd­ kondensator C 4 über die Zündspule SP entladen, wobei der in Fig. 3 dargestellte negativ polarisierte Spannungsimpuls USP auftritt.

Über die aus der Diode D 9, der Drosselspule DR und dem Widerstand R 16 gebildete Schaltung wird ein kleiner Teil des sehr kräftigen (bis 65 A!), von der Zündspule SP re­ flektierten positiv polarisierten Rückimpulses, der dem negativ polarisierten Initialimpuls folgt, abgeleitet, in seiner Amplitude von dem Widerstand R 16 auf maximal etwa 40 Volt und in seiner zeitlichen Länge von der Drossel­ spule DR auf ca. 40 µs begrenzt. Bei der Verwendung einer extrem niederohmigen Hochleistungs-Zündspule sollten die Drosselspule DR einen Wert von vorzugsweise 20 µH, bei einem Gleichstromwiderstand von maximal 100 mOhm, und der Widerstand (R 16) einen Wert von 600 mOhm haben.

Der vorstehend angegebene, aus dem Rückimpuls abgeleitete kleine Impuls UDR (vgl. Fig. 3), stellt für seine Zeit­ dauer eine Spannungsquelle dar, die jetzt ihrerseits, vom Zündspulenanschluß SP+ aus, kurzzeitig einen Aufladestrom­ stoß durch den Kondensator C 4 und durch den Thyristor THY schickt. Beim Abklingen dieses kleinen Impulses liegt der Zündkondensator C 4 mit umgekehrt polarisierter, reduzier­ ter Spannung an den Hauptelektroden des Thyristors THY und bringt diesen beschleunigt aus seinem noch leitenden Zu­ stand, während der Hauptteil des Rückimpulses über die Diode D 9 und den sehr niederohmigen Gleichstrom-Widerstand der Drosselspule DR in die Zündspule SP zurückgeführt wird und hier den Zündfunken ohne Unterbrechung weiterbrennen läßt.

Beim Leitendwerden des Thyristors THY ändert sich auch die an seiner Gate-Elektrode auftretende Spannung UG (vgl. Fig. 4), die an die Eingänge der Komparatoren CP 1 und CP 2 gegeben wird. In Fig. 4 sind dabei mit gestrichelten Linien auch die beiden Bezugsspannungen der beiden Komparatoren CP 1 und CP 2 angegeben, wobei die Bezugsspannung des ersten Komparators CP 2 oberhalb der in Fig. 4 ganz rechts darge­ stellten, bereits auf 150 mV angehobenen, Gate-Ruhespannung liegt, die bei gesperrtem bzw. nicht mehr ionisiertem Thy­ ristor auftritt. Die Bezugsspannung am zweiten Komparator CP 1 liegt dagegen unterhalb dieser Ruhespannung. Wie die­ ses aus Fig. 4 zu erkennen ist, geben die Komparatoren CP 1 und CP 2 an ihren Ausgängen Signale ab, solange die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung die erste Bezugs­ spannung überschreitet. Dabei ist zu beachten, daß der Thyristor THY auch dann noch leitend bzw. ionisiert ist, wenn der unterhalb der zweiten Bezugsspannung liegende Impuls auftritt. Das heißt, auch in diesem Fall wird der Thyristor sofort wieder voll Strom führen, wenn die Span­ nungsquelle eingeschaltet würde.

Bei leitendem Thyristor THY gelangen die Ausgangssignale der Komparatoren CP 1 und CP 2 an den Anschluß 9 des Impuls­ weiten-Modulators PWM, hier als Abschaltmöglichkeit ge­ nutzt, der damit sofort gesperrt wird, wodurch wiederum sofort die Spannungsquelle abgeschaltet wird, d. h. keine Hochspannung UC mehr erzeugt wird. Wie dieses aus den Fig. 1 und 4 zu erkennen ist, wird die normalerweise etwas weniger als 1 mV über Nullpotential liegende Ruhespannung an der Gate-Elektrode des gesperrten Thyristors THY z. B. auf 150 mV angehoben, um auch den zweiten Komparator CP 1 mit einer positiven Bezugsspannung von z. B. 50 mV arbeiten lassen zu können. Diese Maßnahme ist nötig, weil der Kom­ parator CP 1 von einer lediglich positiven Spannung gespeist wird und dadurch nicht in der Lage ist, Spannungen, die nahe des Nullpotentials, oder gar negativ sind, zu ver­ gleichen. Das geringfügige Anheben der Ruhespannung an der Gate-Elektrode beeinflußt das Betriebsverhalten des Thy­ ristors THY in keiner Weise.

Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, stellt der zweite Kompara­ tor CP 1 nach etwa 105 µs das Überschreiten der zweiten Be­ zugsspannung fest, ohne daß die erste Bezugsspannung des ersten Komparators CP 2 ebenfalls überschritten würde. Die­ ses bedeutet aber, daß der Thyristor nicht länger ionisiert ist. Nach Wiedereinschaltung der Spannungsquelle kann der Thyristor daher nur wieder leitend geschaltet werden, wenn er an seiner Gate-Elektrode mit einem ausreichend großen Ansteuerimpuls, d. h. einem echten Zündimpuls, angesteuert wird.

Unmittelbar nach der Entionisierung des Thyristors THY verschwindet daher das Ausgangssignal am Kompensations­ anschluß 9 des Impulsweiten-Modulators PWM, wodurch die Spannungsquelle erneut eingeschaltet wird und damit der Zündkondensator C 4 wieder aufgeladen werden kann. Die vor­ stehend angegebene, kürzestmögliche Abschaltzeit von nur etwa 105 µs ist auch in Fig. 2 eingetragen und bezieht sich auf die Maximalspannung von UC. Mit geringerer Span­ nung UC verkürzt sich die Abschaltzeit der Spannungsquelle um etwa 5 µs auf etwa 100 µs bei der Minimalspannung von UC.

Bei steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine steigt selbstverständlich auch die Zündfrequenz an, wodurch die Aufladezeiten für den Zündkondensator C 4 immer kürzer werden. Dieser Sachverhalt ist ebenfalls in Fig. 2 ange­ geben, so daß sich dann die am Zündkondensator C 4 auftre­ tende Hochspannung UC umgekehrt proportional zur Zündfre­ quenz verringert. Andererseits ist aber auch eine derart kleiner werdende Ladespannung am Zündkondensator C 4 für eine sichere Zündung des Gemisches der Brennkraftmaschine immer noch groß genug, da bei hohen und höchsten Drehzah­ len der Brennkraftmaschine und damit stark verkürzter Verweildauer der Kolben im oberen Totpunktbereich, auch ein entsprechend energieärmerer und wiederum damit kürzerer Zündfunke zur Zündung des Gemisches immer noch ausreicht. Da andererseits aber die Abschaltzeit der Spannungsquelle durch die unmittelbare Überwachung der an der Gate-Elek­ trode auftretenden Spannung und das beschleunigte Entioni­ sieren bzw. Sperren des Thyristors so kurz wie möglich ist, ist selbst bei höchsten Drehzahlen die für die Aufladung des Zündkondensators C 4 zur Verfügung stehende Ladezeit immer noch maximal.

Durch die Gate-Überwachung durch Komparatoren, sowie durch den aus dem Rückimpuls abgeleiteten kleinen positiven Impuls UDR, der bei seinem Abklingen die Spannung UA, THY (vgl. Fig. 5) an der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyri­ stors umpolt und diesen dadurch beschleunigt entionisiert bzw. abschaltet, kann eine maximale Zündfrequenz bis über 1 kHz erreicht werden. Wobei zu erwähnen sei, daß 800 Hz bei einem Viertakt-Otto-Motor mit acht Zylindern einer Drehzahl von 12 000 Umin^-1 entspricht. Ferner sei erwähnt, daß in Verbindung mit einer modernen, handelsüblichen Hochleistungs-Zündspule als Zündtransformator bei Maximal­ spannung UC eine Zündfunkenbrenndauer von effektiv 300 µs erreicht werden. Mit anderen handelsüblichen höherohmigen Zündspulen werden bei verminderter Anstiegssteilheit der Spannung USP (vgl. Fig. 3), 600 bis 700 µs effektiver Funkenbrenndauer erreicht.

Aus den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Oszillogrammen der an der Gate-Elektrode des Thyristors liegenden Spannung U _G sowie der über der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyri­ stors gemessenen Spannung U _A , THY ist besonders deutlich der zeitliche und amplitudenmäßige Zusammenhang zwischen diesen beiden Spannungen zu erkennen. Fig. 5 zeigt dabei als ein "lupenartiger Ausschnitt" einen Teil des sehr steilen Span­ nungsabfalls bei leitend werdendem Thyristor. Gleichzeitig fällt auch die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung steil bis auf unter Nullpoten­ tial ab. Da zu diesem Zeitpunkt der Thyristor aber den aus dem Rückimpuls abgeleiteten kleinen Impuls dann erhält, steigt die Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors nochmals geringfügig und kurzfristig an, wonach sie dann in ihrer Polarität sich umkehrt und zur beschleu­ nigten Entionisierung bzw. zum beschleunigten Sperren des Thyristors führt. Gleichzeitig sinkt auch die an der Gate- Elektrode auftretende Spannung unter Nullpotential ab. Diese Spannung klingt dann in der in Fig. 4 gezeigten Weise auf die dort ganz rechts gezeigte Gate-Ruhespannung ab. Wie angegeben, wird diese Ruhespannung nach einer Zeit­ dauer von etwa 110 µs erreicht. Wie bereits vorstehend er­ läutert wurde, verschwinden dann die Ausgangssignale an den Ausgängen der Komparatoren CP 1 und CP 2, wodurch wiede­ rum der Impulsweiten-Modulator PWM und damit auch die Spannungsquelle erneut eingeschaltet werden.

Aus den vorstehend näher erläuterten Oszillogrammen der Fig. 4 und 5 ist damit sehr deutlich zu erkennen, daß die an der Gate-Elektrode des Thyristors jeweils auftretende Spannung ein exaktes Abbild des jeweiligen Betriebszustan­ des des Thyristors ist.

Obwohl bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Zündgerätes jeweils zwei Komparatoren CP 3, CP 4 für die Ansteuerung des Thyristors THY vorgesehen sind, kann auch nur ein einziger zur Ansteuerung benutzt werden. Die Ver­ wendung von zwei parallel geschalteten Komparatoren er­ höht die Stärke des Ansteuerimpulses bzw. entlastet den einzelnen Komparator-Ausgangstransistor und bietet sich ferner an, da ohnehin eine vielverbreitete Form als Vier­ fach-Komparator handelsüblich ist, der beim gezeigten Aus­ führungsbeispiel die Komparatoren CP 1 bis CP 4 enthält.

Claims (12)

1. Hochspannungs-Kondensator-Zündgerät für Brennkraftma­ schinen mit einer im Rhythmus der Zündimpulse abschaltbaren Spannungsquelle, die als Tonfrequenz-Gegentakt-Sperrwandler ausgebildet ist, der von einem Impulsweiten-Modulator ge­ steuert ist und eine einen Zündkondensator aufladende Hoch­ spannung aus einer Bordnetz-Niederspannung erzeugt, und mit einem den Zündkondensator über eine Zündspule entladenden Thyristor, der an seiner Gate-Elektrode von den Zündimpul­ sen angesteuert und durch Abschaltung der Spannungsquelle gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Komparator (CP 1, CP 2) die an der Gate-Elek­ trode auftretende Spannung als Parameter des Betriebs-Zu­ standes des Thyristors (THY) unmittelbar überwacht und ein die Spannungsquelle abschaltendes Ausgangssignal nur so lange erzeugt, wie sich der Thyristor (THY) in seinem lei­ tenden Zustand befindet, und daß der Primärwicklung der Zündspule (SP) eine Schaltung (D 9, R 16, DR) zugeordnet ist, mit der aus dem Rückimpuls der Zündspule (SP) ein den Thyristor (THY) beschleunigt sperrender Impuls ableitbar ist.

2. Hochspannungs-Kondensator-Zündgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine aus einer Diode (D 9) und einer Parallelschaltung aus einem Widerstand (R 16) und einer Drosselspule (DR) gebil­ dete Reihenschaltung ist, die der Primärwicklung der Zünd­ spule (SP) parallel geschaltet ist.

3. Zündgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bezugsspannung des einen Kompa­ rators (CP 2) größer als die an der Gate-Elektrode bei ge­ sperrtem Thyristor (THY) auftretende Ruhespannung ist und daß dieser Komparator (CP 2) das die Spannungsquelle ab­ schaltende Signal immer dann erzeugt, wenn die an der Gate- Elektrode auftretende Spannung größer als die Bezugsspan­ nung ist.

4. Zündgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bezugsspannung eines zweiten Komparators (CP 1) kleiner als die an der Gate-Elektrode bei gesperrtem Thyristor (THY) auftretende Ruhespannung ist und daß dieser zweite Komparator (CP 1) das die Span­ nungsquelle abschaltende Ausgangssignal immer dann erzeugt, wenn die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung kleiner als die Bezugsspannung ist.

5. Zündgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gate-Elektrode des Thyristors (THY) über einen Widerstand (R 18) an einer Bezugsspannung (5V) liegt, um die Ruhespannung geringfügig über das Null­ potential, vorzugsweise 150 mV, anzuheben, damit der, von einer lediglich positiven Spannung gespeiste, zweite Kompa­ rator ein Unterschreiten dieser Gate-Ruhespannung fest­ stellen kann.

6. Zündgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode des Thyristors (THY) über mindestens einen weiteren Komparator (CP 3, CP 4) angesteuert wird, der an seinem anderen Eingang eine Bezugsgleichspannung (5V) erhält.

7. Zündgerät nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mindestens eine weitere Kompara­ tor (CP 3, CP 4) über eine Reihenschaltung aus einem Wider­ stand (R 19) und einer Diode (D 10) von Zündimpulsen ange­ steuert ist, wobei der eine Anschluß des Widerstandes (R 19) über einen Kondensator (C 6) und der andere Anschluß des Widerstandes (R 19) über eine Zenerdiode (Z 2) mit Masse ver­ bunden ist, wodurch ein ungewolltes Zünden, z. B. durch Kontaktprellen eines Unterbrechers, unterbunden wird.

8. Zündgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsweiten-Modu­ lator (PWM) die an den Zündkondensator (C 4) von der Span­ nungsquelle abgegebene Hochspannung (UC) auf einen der Temperatur entsprechenden Wert begrenzt und konstant hält.

9. Zündgerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an Komparator-Anschlüssen (1, 2) des Impulsweiten-Modulators (PWM) ein Thermistor (R 9 NTC) derart angeschlossen ist, daß die von der Spannungsquelle abge­ gebene Hochspannung (UC) umgekehrt proportional zur Tempe­ ratur des Thermistors gesteuert wird.

10. Zündgerät nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vom Thermistor (R 9 NTC) gemes­ sene Temperatur den Betriebsdaten einer Brennkraftmaschine angepaßt ist, indem die Erwärmung des Zündgerätes, z. B. infolge seiner Verlustwärme, als Bezugsgröße dient.

11. Zündgerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Thermistor (R 9 NTC) einen thermi­ schen Überlastschutz für das Zündgerät bildet.

12. Zündgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Thermistor (R 9 NTC) eine Zenerdiode (Z 1 ) parallel geschaltet ist, die die Hoch­ spannung (UC) auf einen Maximalwert begrenzt.