AT504846A2

AT504846A2 - Kapazitives hochspannungs-entladungszündungssystem mit verstärkendem auslöseimpuls

Info

Publication number: AT504846A2
Application number: AT0015708A
Authority: AT
Original assignee: Altronic Inc
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2008-08-15
Also published as: DE202008018314U1; US20080184977A1; DE102008064783B3; DE102008006304B4; DE202008018313U1; AT504846B1; US7401603B1; DE102008006304A1

Description

ΐ •· · · · ·· ···· ·· • · · · · · · · f · · · · · ··· · ··· • · · · ···· · · · · -1- (35 773)

Anwendungsgebiet der Erfindung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives Entla-dungszündungsSystem, wobei ein Ladekondensator derart geschaltet ist, dass Energie an die Primärseite einer Zündspule (Transformator) in Synchronisation mit der Umdrehung einer Motorkurbelwelle abgegeben wird.

Beschreibung des Standes Technik [0002] Das U.S. Patent 4,004,561, betitelt als "Zündungs-system", umfasst ein kapazitives Entladungszündungssystem, bei welchem mehrfache Kondensatoren durch mehrfache Schalter derart geschaltet werden, dass an die Primärseite einer Hochspannungsspule aneinander gereihte, aufeinander folgende Impulse geliefert werden. Das U.S. Patent 5,429,103, betitelt als "Hochleistungs-Zündsystem", umfasst Lade- und Entladeimpulse eines Kondensators an die Primärseite einer Hochspannungsspule. Die Impulse werden derart aufgeteilt, dass die gedämpften Schwingungen der Spule vor dem nächsten Impuls beträchtlich gedämpft werden. Das U.S. Patent 5,754,011, betitelt als "Verfahren und Anordnung zur steuerbaren Erzeugung von Funken in einem ZündungsSystem oder ähnlichem", umfasst das Entladen einer Mehrzahl von Kondensatoren unterschiedlicher Größe an einer Zündspule durch überlappende, teilweise überlappende oder nicht überlappende Impulse, um eine gewünschte Wellenform in der Primärseite zu erzeugen.

| NACHGEREICHT 1 \ Λ

-2-

Beschreibung der Erfindung [0003] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein kapazitives Entladungszündungssystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, eine Zündfunkenentladung zwischen den Zündkerzenelektroden zu erzeugen mit einem höheren Durchschlagsspannungsvermögen, einem höheren Sekundärstrom und einer Funkendauer, die viel länger ist, als die typischer verwendeter Zündspulenarten.

[0004] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin in der Lage zu sein, die höhere Spannungsfähigkeit, den grösseren Sekundärstrom und die verlängerte Funkendauer einstellbar und selektiv zu gestalten oder zu verhindern, um eine bestmögliche Zündkerzenlebensdauer zu erhalten.

[0005] Wenn die Motorarbeitsbedingungen ein höheres Spannungsvermögen, größeren Sekundärstrom oder Funkendauer erfordern, die zuvor von der kapazitiven Ent ladungs Zündungen her nicht verfügbar sind, kann der modifizierte Funke hierzu imstande sein. Das gestattet die Verwendung eines kapazitiven Funkenzündsystems für ein weites Feld möglicher Zündungserfordernisse .

[0006] Zusammenfassend soll bezüglich der vorliegenden Erfindung ein kapazitives Entladungs-(CD)-ZündungsSystem für eine Verbrennungskraftmaschine angegeben werden. Das Zündsystem umfasst einen Ladekondensator mit in Reihe zu diesem liegenden Dioden und eine Energieversorgung, die in Reihe mit dem Lade-kondensator und den Dioden verbunden ist. Ein Zündtransformator besitzt Primär- und Sekundärwindungen. Die Primärwindungen des Zündtransformators und der Ladekondensator sind in Reihe über einen steuerbaren Schalter verbunden. Eine Zündkerze ist in Reihe mit der Sekundärwindung des Zündtransformators verbunden. Die Verbesserung umfasst eine Schaltungsanordnung, die den steuerbaren Schalter synchron zum Motor steuert derart, dass, wenn der Schalter entladend wirkt, ein erster Impuls vom NACHGEREIC! fi ·· · ·· ···· ··

-3-

Ladekondensator an die Primärseite der Zündspule bereitge-stellt wird. Der Schalter wird zu einem bestimmten Zeitpunkt, während die gedämpfte sinusförmige Spannungswellenform, die durch den ersten Impuls zur Vermeidung einer Gegenspannung ausgelöst wurde, wieder geöffnet und dann wiederum geschlossen zur Entladung eines Nachfolgeimpulses, um die gedämpfte Schwingung in der Zündungssekundärschaltung zu verstärken. Der Nachfolgeimpuls wird zu einem bestimmten Zeitpunkt oder Phase der Sekundärspannungswellenform durch den steuerbaren Schalter und den Kondensator zugeführt, um die Spannung zu verstärken, herrührend vom vorausgegangenen "Ein"-Zustand des Schalters, der den ersten Impuls lieferte. Die Anzahl der Zeiten, an denen der zweite Schalter wieder geöffnet und geschlossen ist und die EIN-Zeitperioden, an denen der Schalter geschlossen bleibt, können gesteuert werden, um das Durchschlagsspannungs-vermögen der Spule und/oder die Dauer und Amplitude des verlängerten Zündstroms zu steuern.

[0007] Vorteilhafterweise veranlasst die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter den Schalter für eine variable Anzahl von Zeiten während jedes Zündereignisses, bis ein Funkendurchschlag erfasst ist, geöffnet und geschlossen zu sein. Vorteilhafterweise veranlasst der steuerbare Schalter den Schalter für eine variable Anzahl von Zeiten geöffnet und geschlossen zu sein bis zu einer Maximalzahl während jedes Zündereignisses, begrenzt durch die höchst erreichbare Durchschlagspannung für die Spule.

[0008] Unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform veranlasst die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter den Schalter geöffnet oder geschlossen zu sein für eine variable Anzahl von Zeiten, bis ein Funkendurchschlag gemessen wird, und die vom Motor geforderte sekundäre Durchbruchspannung durch Zählung der Anzahl der verstärkenden Primärimpulse bestimmt wird, die vor der Messung des Durchschlagsereignisses gesendet wurden. Vorteilhafterweise steuert die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter den Schalter derart in einer einstellbaren NACHGEREiC;.,

I

·· ··· ···· ·· • · • · ·· -4-

Weise, um das Ergebnis der Sekundärspannungserfassungsfunktion zu verbessern.

[0009] Unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform steuert die steuerbare Schaltung den Schalter um die Zeitperiode festzusetzen, in welcher der Schalter geschlossen bleibt, indem die Amplitude des verlängerten Lichtbogenstroms des Funkens überwacht wird. Vorteilhafterweise veranlasst die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter die Impulsfolge fortgesetzt zusätzliche Impulse auszusenden, um den Sekundärstrom höher zu steuern bis zum Erreichen eines gewünschten Sekundärstromni-veaus.

[0010] Unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform veranlasst die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter die Impulsfolge für die Steuerung des Schalters fortgesetzt zusätzliche Impulse auszusenden, um den Sekundärstrom höher zu steuern bis ein gewünschtes maximales Sekundärstromniveau erreicht ist und dann das Senden der Impulse unterbricht, bis der Strom auf einen Wert fällt, unterhalb eines gewünschten minimalen Sekundärstromsniveaus, an dem die Impulse dann wieder gesendet werden.

[0011] Unter Bezugnahme auf eine andere Ausführungsform veranlasst die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter die Impulsfolge zur Steuerung des Schalters fortgesetzt zusätzliche Impulse auszusenden, um den Sekundärstrom höher zu stellen, bis ein gewünschtes maximales Sekundärstromniveau erreicht ist und dann das Senden der Impulse unterbricht, bis der Strom auf einen Wert unterhalb eines gewünschten minimalen Sekundärstromsniveaus fällt, an dem die Impulse wieder gesendet werden, um eine gewünschte Gesamtzeit der Zünddauer festzusetzen.

[0012] Unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform arbeitet die Steuerschaltung für den steuerbaren Sohalter in einer geschlossenen Regelschleife durch Messen des Verlaufs der Stromkreisparameter, wie der Sekundärspannung, um die exakte Wel- I nachgereicht [ • · φ% · • · · ·

5 lenform der Impulsfolge festzulegen, die an den steuerbaren Schalter gesendet wird.

[0013] Unter Bezugnahme auf eine alternative Ausführungsform arbeitet die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter in einer offenen Regelschleife unter Verwendung einer gespeicherten Speicherkarte, um die exakte Wellenform der Impulsfolge festzulegen, die an den steuerbaren Schalter gesendet wird.

[0014] Unter Bezugnahme auf eine alternative Ausführungsform legt die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter die Dauer und die Amplitude des verlängerten Lichtbogenstromes des Funkens fest, der unabhängig vom anfänglichen Spannungsdurchbruch, der zur Erzeugung des Funkens benötigt wird, gesteuert wird.

[0015] Unter Bezugnahme auf eine alternative Ausführungsform legt die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter die Sekundärleistung gegenüber der Zeitwelienform fest, um einen Funken zu erzeugen, der eine gewünschte Energiehüllkurve besitzt .

Beschreibung der Zeichnungen [0016] Weitere Ausgestaltungen und andere Gegenstände und Vorteile werden erkennbar anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, wobei: [0017] Fig. 1: veranschaulicht die Grundschaltung eines kapazitiven Hochspannungs-Entladungszündungssystems mit einer Steuerschaltung zum Öffnen und Schließen des Schalters zwischen dem Ladekondensator und der Zündspule in Bezug auf eine Ausführungsform der Erfindung; [0018] Fig. 2: stellt ein Oszillografenbild dar, welches die offene Schaltung der AusgangsSpannung einer Zündspule zeigt, die von einem ersten Impuls und einem verstärkenden Impuls ge-

·· · • · ·· ···* ··

I • · · • · · · · ··· · ··· • · · ···· · · · · » • · · · · · 9 · ·· · -6- steuert wird, in Bezug auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; [0019] Fig. 3, 4 und 5: stellen Oszillografenbilder dar, welche die offene Schaltungsausgangsspannung für eine Zündspule zeigen, die mit Bezugnahme auf den Stand der Technik gesteuert wird; [0020] Fig. 7 und 8: stellen Oszillografenbilder dar, welche die offene Schaltungsausgangsspannung für eine Zündspule zeigen, die von einem ersten Impuls und mehrfachen verstärkenden Impulsen gesteuert wird, in Bezug auf zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; [0021] Fig. 9: stellt ein Oszillografenbild dar, welches den Sekundärstrom, die Sekundärspannung und traditionelles Steuersignal für den steuerbaren Schalter zeigt; und [0022] Fig. 10 und 11: stellen Oszillografenbilder dar, die den Sekundärstrom, die Sekundärspannung und Steuersignale in Bezug auf eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform [0023] In Bezugnahme auf nunmehr Fig. 1 ist eine grundlegende kapazitive Entladungsschaltung für eine Hochspannungszündung dargestellt, die einen Ladekondensator (CI), eine Diode (Dl) und eine Energieversorgung umfasst, die in Reihe verbunden sind. Ein Zündtransformator (TRI) besitzt Primär- und Sekundärwicklungen. Die Primärwicklungen liegen in Reihe mit dem Ladekondensator und einem steuerbaren Schalter (Sl). Eine Zündkerze ist in Reihe mit den Sekundärwicklungen des Zündtransformators verbunden. Eine elektronische Steuerschaltung (EC1) steuert den steuerbaren Schalter.

\ NMtHGEREICHT ·· ·« · ·· ···· ·· • · · · · · 4 4 Ϊ· · ·· · ··· · ··· • · · ···· 4 4 4 4 4 • · · · 9 · 4 4 4 4 4 -7- [0024] Bezug nehmen auf Fig. 2 arbeitet die elektronische Steuerschaltung, als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in Synchronisation mit dem Motor und steuert die öffnenden (leitend) und schließenden (nichtleitend) Zeitabschnitte des Schalters derart, dass der Schalter (Sl) anfänglich geschlossen ist für eine Zeitperiode (TI) , um Energie an die Primärseite der Zündspule zu transferieren; der Schalter (Sl) wird dann geöffnet für eine zweite Zeitperiode (T2); der Schalter (Sl) wird wieder geschlossen für eine Zeit (T3) ; und der Schalter (Sl) wird für eine Zeitperiode (T4) geöffnet und so weiter, um eine Impulsfolge zu schaffen, die von der Steuerschaltung bestimmt wird. Der Schalter (Sl) wird derart gesteuert, dass er eine aufeinanderfolgende Reihe von Steuerimpulsen liefert. Jede dieser individuellen Impulszeiten hat eine Dauer und Abstände, die von der Steuerschaltung bestimmt wird. Die Impulse werden zeitgenau ausgelöst immer dann zu erscheinen, wenn es möglich ist die von den vorausgegangenen Impulsen herrührenden Schwingungen der Spulensekundärspannung zu verstärken, um das Durchschlagsspannungsvermögen des Zündtransformators an der offenen Schaltung zu vergrößern.

[0025] Die elektronische Steuerschaltung kann einen programmierbaren Mikroprozessor umfassen, der über Eingänge verfügt zur Messung einer oder mehrerer Positionen in Bezug auf die Kurbelwellenumdrehung, wie dem oberen Totpunkt des ersten Zylinders, einen Eingang zur Messung des Stroms und/oder der Spannung im sekundärseitigen Stromkreis von zumindest einem Zündtransformators und Ausgängen zum Öffnen und Schließen eines oder mehrerer steuerbarer Schalter.

[0026] Vergleichsweise illustriert Fig. 3 ein Oszillografenbild, welches die typische AusgangsSpannung der offenen Schaltungsanordnung für eine Zündspule zeigt, die in herkömmlicher Weise gesteuert wird. Für einen Schalter Sl mit einer "EIN"-Zeit von etwa 40 Mikrosekunden, erzeugt die Spule einen Ausgang von -30.000 Volt an der Zündkerze. Die AusgangsSpannung der Spule wird von diesem Wert her nicht signifikant ver-

NACHGEREICHT größert unabhängig von der "EIN"-Zeitdauer für den Schalter Sl, selbst wenn die Energie, welche an die Spule gesandt wird, sich im direkten Verhältnis zur "EIN"-Zeit von Sl vergrößert.

[0027] Wie in Fig. 2 dargestellt wird die Ausgangsspannung um annähernd 30% vergrößert im Verhältnis zu Spulen, die in herkömmlicher Weise gesteuert werden. Die vergrößerte Ausgangsspannung ist um etwa 10.000 Volt höher als die mit herkömmlichen Steuerungen erreicht werden kann bei keiner der getesteten Eingangsenergien. Die Primärseite wurde versorgt durch einen Kondensator, der in allen Fällen bis 185 Volt geladen wurde.

[0028] Fig. 4 stellt weiterhin vergleichsweise ein Oszillografendisplay dar, welches die typische AusgangsSpannung der offene Schaltungsanordnung einer Zündspule zeigt, die in herkömmlicher Weise gesteuert wird, mit, einer "EIN"-Zeit für den Schalter Sl, vergrößert bis etwa 80 MikroSekunden, um die Eingangsenergie zu vergrößern, die von der Spule bereitgestellt wird. Es ist bemerkenswert, dass es keine signifikante Vergrößerung der AusgangsSpannung der Zündspule gibt; diese beträgt weiterhin etwa 30.000 Volt. Weiterhin ist ein "Buckel" in der sekundärseitigen Spannungswellenform bemerkenswert, worauf später nochmals Bezug genommen wird.

[0029] Weiterhin ist in Fig. 5 ein vergleichsweises Oszillografendisplay dargestellt, welches die typische Ausgangsspannung der offenen Schaltungsanordnung für eine Zündspule darstellt, die in herkömmlicher Weise gesteuert wird, mit der "EIN"-Zeit für den Schalter Sl, die auf etwa 100 Mikrosekunden vergrößert wird (250 % Vergrößerung von Fig. 3) mit keiner signifikanten Vergrößerung in der Ausgangsspannung der Zündspule . Die maximale AusgangsSpannung der offenen Schaltungsanordnung beträgt etwa - 30.000 Volt. Ebenfalls bemerkenswert ist die Vergrößerung der Amplitude des zweiten "Buckels" in der sekundärseitigen Spannungswellenform. Die konventionelle Steuerung der Spule beruht bis zu gegenwärtig akzeptierten

NACHGEREICHT ··

J·· ·«·· ·· • * · • · · ··· · ··· • *··· · · · · · -9-

Technikergebnissen auf einer maximalen Spulenausgangsspannung bei einer gegebenen Versorgungsspannung, unabhängig vom Verbrauch der Eingangsleistung, wie vom Schalter S1 "EIN"-Zeit gesteuert.

[0030] Es ist allgemein anerkannt, dass die maximale Ausgangsspannung der Spule begrenzt wird durch die Primärspannung und dem Windungsverhältnis von Primär- und Sekundärwindungen. Es soll gezeigt werden, dass dies nicht der Fall ist.

[0031] Durch Änderung des Steuersignals für S1 hin zu einer Impulsfolge von zwei Impulsen zu einer spezifischen Zeit anstelle eines Impulses, wie in Fig. 2 dargestellt, wird die AusgangsSpannung der Spule auf eine höhere Spannung gesteuert, als in den Fig. 3, 4 oder 5 gezeigt (-40.000 Volt gegenüber -30.000 Volt). Obgleich die kumulative "EIN"-Zeit des Schalters Sl, wie in Fig. 3 gezeigt, nur geringfügig (etwa 50 Mikrosekunden) größer ist als in Fig. 2 und weit geringer als die "EIN"-Zeit für Sl, wie in Fig. 4 gezeigt (etwa 80 Mikrosekunden) , ist die Spulenausgangsspannung größer. Die Energie, die auf der Primärseite verbraucht wird, ist jedoch geringer im selben Verhältnis zur "EIN"-Zeit des Schalters Sl.

[0032] Basierend auf der Beobachtung der Wellenform von Fig. 4 wird der nacheilende Teil der Steuerung, die vom Schalter Sl bereitgestellt wird, vergeudet, da keine Vergrößerung in der Spannung erkennbar ist während oder nach dem Hinzufügen. In der Tat wird die erste positive Welle der sekundärseitigen Wellenform eliminiert und die erste negative Welle in der Amplitude reduziert. Im Wesentlichen leistet der verlängerte Impuls nach dem ersten Übergang Gegenarbeit.

[0033] Bezugnehmend auf Fig. 6 führt ein Wechsel des Steuersignals für den Schalter Sl zu einer Impulsfolge von drei Impulsen - in Anlehnung an die vorliegende Erfindung - anstelle eines einzelnen Impulses dazu, dass die AusgangsSpannung der Spule auf 48.000 Volt gesteuert wird, obgleich die kumulative NACHGERE1C1 ;T [ ··

• · * ··· · f·· • *·»· · » · · · • I · ·· · * · -10- "EIN"-Zeit des Schalters S1 nur etwa 70 Mikrosekunden beträgt. Die Eingangsenergie wird um etwa 75 % und die AusgangsSpannung um 60 % vergrößert im Vergleich zu den herkömmlichen Steuermethoden. Die vergrößerte AusgangsSpannung ist um etwa 18.000 Volt höher als dies mit herkömmlichen Steuerungen erlangbar ist, erreicht bei jeder Eingangsenergie mit der primärseitigen Versorgung von 185 Volt. Gleichfalls ist die verbrauchte Eingangsenergie noch geringer als die der Techniken, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind.

[0034] Unter Bezugnahme auf Fig. 7 vergrößert zusätzliche Energie, die der Spulenprimärseite zu einem bestimmten Zeitpunkt oder Phase der sekundärseitigen Wellenform hinzugefügt wird, die Ausgangs Spannung der Spule. Wie in Fig. 5 gezeigt, vergrößert derselbe Wert der Energie (S1 "EIN"-Zeit 100 Mikrosekunden) , der als Einzelimpuls ohne Bezug auf den Zeitpunkt oder die Phase der sekundärseitigen Wellenform hinzugefügt wird, überhaupt nicht die Spulenausgangsspannung. Die gesamte "EIN"-Zeit des Schalters S1 in Fig. 7 ist gleich der gesamten "EIN"-Zeit von S1 in Fig. 5, hingegen ist die maximale Ausgangsspannung der Spule signifikant höher (mindestens -51.000 Volt gegenüber -30.000 Volt). An diesem Punkt ist die verbrauchte Eingangsleistung gleich der im Fall von Fig. 5.

[0035] Nochmals Bezug nehmend auf Fig. 7 vergrößert die Steuerenergie, die der Spulenprimärseite zu einer Zeit oder einem Phasenwinkel der sekundärseitigen Wellenform wie oben gezeigt hinzugefügt wird, erheblich das Ausgangsspannungsvermögen der Spule. Diese vergrößerte Spannung ist ein Ergebnis der Steuerung der Spule mit einem gepulsten Signal, wobei jeder Impuls den sekundärseitigen Effekt des vorausgegangenen Impulses verstärkt. Dieses Verhalten ist gleich der einer RLC-Schaltung bei Resonanzbedingung, obgleich die aktuellen Anforderungen für eine wirkliche Resonanzschaltung auf der Spulensekundärseite nicht erfüllt sind. | nachgeri^hm • · · I «t · • · · · 1 · • · t ·»···· • · · • · « • · ♦ ···#«· · • · · · ·· I · -11- [0036] Fig. 7 etabliert, dass es möglich ist eine gegebene Spule mit einer Folgen von zeitlichen Impulsen zu steuern, welche das Spannungsvermögen der offenen Schaltung in die Lage versetzt, sich zu vergrößern als Ergebnis jedes einzelnen Impulses. Das gestattet eine Spule, die von ihrer Bauart bedingten Grenzen und der physikalischen Konstruktion (Windungsverhältnis) her vorher nicht in der Lage war eine Spannung, welche für die sekundärseitige Durchbruchspannung des Funkens gefordert ist, zu erreichen und fortsetzend zu betreiben, selbst wenn jetzt vielleicht viel höhere Sekundärspannungen durch den Motor gefordert werden. Mögliche Fälle für die Forderung nach höherer Spannung für den Motor könnten in abgenutzten Zündkerzen, schlechter Kraftstoffqualität, verändertem Luft-/Kraftstoffverhältnis, höherer Motorlast und einem vergrößerten Zylinderdruck zum Zeitpunkt des Zündfunkens bestehen .

[0037] Eine Zündungsdiagnostik kann durch Messen des sekundärseitigen Stromes und Zählen der Anzahl der Steuerimpuls von S1 erfolgen. Da jeder Impuls die AusgangsSpannung vergrößert, kann die aktuell geforderte Durchbruchspannung zwangsläufig durch die Zählung der Steuerimpulse identifiziert werden, die notwendig sind, um einen sekundärseitigen Stromfluss zu ermöglichen. Zusätzlich kann ein sicherer Spielraum für die Arbeitsspannung und Energie leicht aufrechterhalten werden dadurch, dass zumindest immer ein Impuls mehr nach dem die Durchbruchspannung bewirkenden Impuls gesendet wird. Da die Anzahl der Impulse, die erforderlich sind, um die sekundärseitige Durchbruchspannung zu bewirken, proportional der Durchbruchspannung ist, und die Spannungsanforderung der Zündkerze ein Indikator für die Bedingung der Zündkerzen ist, kann das Erfordernis auf Ersatz der Zündkerze leicht ermittelt werden.

[0038] Anstelle der Messung des sekundärseitigen Stromes kann das Auftreten des Funkendurchschlags ebenfalls durch eine Messanordnung des sekundärseitigen SpannungsZusammenbruch auf einen geringeren Pegel ermittelt werden, der über verschiedene

NACHGEREICHT • t ·· • 9* • · · · • « • 1 · · • · 999 • · ♦ · ···· 9 ··· ·· • · • ··· • · · -12-

Wege gemessen werden kann, wie z.B. durch kapazitive oder transformatorische Kopplung auf eine Niederspannungsschaltung. Da die DurchschlagsSpannung nur mit einer begrenzten Lösung durch Zählen der Impulse im Beispiel von Fig. 2 festgestellt werden kann (etwa 10.000 Volt), kann eine Serie kleinerer Steuerimpulse an S1 hinsichtlich einer besseren Lösung dieser Spannung verwendet werden.

[0039] Eine zusätzliche unabhängige Verfeinerung der Feststellung des sekundärseitigen Spannungsdurchbruchs der Spule kann ebenfalls geschaffen werden, da die Zeitverschiebung des Zusammenbruchs nach dem Einsetzen jedes der Steuerimpulse ebenfalls proportional ist zur aktuellen Spannung, die bis zu diesem Moment erreicht wird. Zum Beispiel beträgt die führende Spitze der zweiten Impulse plus 7,5 Mikrosekunden der Verschiebung zum früheren Spannungsdurchbruch - 35.000 Volt, wie in Fig. 7 dargestellt.

[0040] In einer Schaltungsanordnung des in Fig. 7 dargestellten Typs ist es ebenfalls möglich, den SpannungsZusammenbruch durch Messung des Spannungsabfalls über dem Ladekondensator zu bestimmen, wie er sich als ein Ergebnis der kumulativen primärseitigen Steuerimpulse, bevor deren Energie den sekundärseitigen Zusammenbruch bewirkt, ereignet. Je größer der Spannungsabfall über dem Ladekondensator ist, desto größer ist das Spannungsverlangen.

[0041] Bezug nehmend auf Fig. 9 hat der sekundärseitige Strom, der von einem herkömmlichen Steuersignal an den Schalter S1 herrührt, eine Wellenformgestalt, welche näherungsweise einem Dreieck entspricht. Die Leistung (Watt), die von der Spule an die Last bereitgestellt wird, ist gleich dem sekundärseitigen Strom multipliziert mit der sekundärseitigen Spannung in der Zeit, in welcher der Strom über die Funkenstrecke fließt. Die Energie (Joules), die an die Funkenstrecke geliefert wird, entspricht dem Integral in Bezug auf die Zeit der Leistungs-

NACHGERE1CHT ·· • ·· • Mt «· • · ♦ • • · • • • ♦ • • • · ··· • ··* • · • • ···· · • • · • • • · · • · • -13- wellenform. Eine Formel, die zur Bestimmung des Funkenenergie in Joules verwendet werden kann, ist; [0042] Espk = ( (1/2 (Vspk Max - Vspk Min) ) + Vspk Min) x (1/2

Ispk Spitze) x (Funkendauer) , wobei [0043] Espk in Joules, Vspk in Volt, Ispk in Ampere und die Funkendauer in Sekunden angegeben sind.

[0044] Bezug nehmend auf Fig. 10 können mehrfache Steuerimpulse am Schalter S1 dazu genutzt werden, um die Energie mehrmals zu vergrößern. Was ebenfalls gesehen werden kann ist, dass das Timing der Impulse von S1 zur Steuerung der Wellenform der sekundärseitigen Stromwellenform gegenüber der Zeit verwendet werden kann. Die Form des VI Integrals in Bezug auf die Zeit entspricht der Form der Energiehüllkurve der Funkenwellenform. Die Energiehüllkurve verschiedener Funkenwellenformen kann verwendet werden, um ein Referenzsystemwerk zu schaffen, um den aktuellen Energieübertragungsprozess verschiedenartiger Funken zum Gemisch zwischen den Elektroden in Korrelation zu bringen. Es ist wichtig festzustellen, dass das Konzept der Energiehüllkurve die Messung und Steuerung von beidem erlaubt, der Größe und dem Zeitverhalten des Energietransfers an das Gemisch.

[0045] Bezug nehmend auf Fig. 11 ist die Steuerung der sekundärseitigen Stromwellenform durch Pulsen des Schalters S1 zeitkritisch und es können leicht sehr kleine Wechsel in der Form der "Energiehüllkurve", die an die Funkenstrecke geliefert wird, hergestellt werden.

[0046] Da die aktuelle Energiehüllkurve das Integral aus der Leistung (dem Produkt der sekundärseitigen Spannungs- und Stromwellenform) ist und da die sekundärseitige Spannungswellenform nahezu konstant bleibt über die interessierende Zeitperiode, ist es möglich zu sagen, dass die Form der Ener-

NACHGEREICHT #· ·♦ · ♦· ···· ·· • « · · · · φ φ • · · · · · ·ΦΦ · φφφ • · ♦ · *♦·· φ « · φ · • · · · · · ·· ·· · -14- giehüllkurve sich in direkter Weise zur Form der sekundärseitigen Stromwellenform in Bezug auf die Zeit verhält.

[0047] Der Anmelder wünscht es nicht, sich auf irgendeine einzelne technische Verfahrensweise einzuschränken, so ist es offensichtlich, dass selbst dann, wenn kein diskreter Kondensator im sekundärseitigen Stromkreis der Zündspule existiert, parasitär verteilte Kapazitäten der Spulenwicklung, das zur Zündkerze führende Kabel und die Zündkerze als Kondensator für eine zeitweise Energiespeicherung wirken können, während der Zeit zwischen den Impulsen vor dem Durchbruch. Diese "Spule" wird extern bei nahezu Resonanzbedingungen gesteuert durch eine Technik, die sich auf eine erzwungene Resonanz bezieht. Bei erzwungener Resonanz wird die erzwungene Funktionsfrequenz derart ausgewählt, dass sie sich in der Nähe der natürlichen Frequenz der Spule befindet, so dass diese versucht, in Resonanz zu gelangen. Die erzwungene Funktion fügt primärseitige Steuerenergie zum jeweiligen richtigen Moment während der sekundärseitigen Abschwingperiode zu, so dass der sekundärseitige Spannungswechsel verstärkt wird. Das erlaubt, dass die Spannungsamplitude der Spulensekundärwindungen immer größer und größer wächst. Es sind vorausgehend abgestimmte Schaltungen für die Verwendung in Zündsysteme vorgeschlagen worden, die aufbauten auf eine sorgfältige Auswahl der Komponenten, die in kritischer Weise verbunden wurden und einen diskreten Kondensator enthielten. Die Methode, die in diesem System verwendet wird ist in der Lage selbst dann zu arbeiten, wenn die sekundärseitigen Schaltungsparameter weit variieren.

[0048] Bei der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Mittel verwendet, um jede Spule in einer Weise zu steuern, die das Vergrößern der Spannung bewirkt, entweder basierend auf dem gemessenen Verhalten der Sekundärseite (geschlossener Steuerkreis) oder basierend auf der Verwendung bestimmter vordefinierter Steuermuster der primärseitigen Impulse, die in einer Speichereinrichtung gespeichert sind (offener Steuerkreis) .

NACHGEREICHT 4 ·· ·· · ·· *··« ·· • · · · · · ·· • t · · · · ··· · ··# • · · * ···· · · · · · • * · · « · ·· · · · -15- [0049] Nachdem ich meine Erfindung mit dem Detail und der Besonderheit, die das Patentgesetz fordert, beschrieben habe, soll in den folgenden Ansprüchen der durch die Patentschrift gewünschte Schutz fortgesetzt werden.

NACHGEREICHT

Claims

·· ·· · ·· ···· ·· ····· · ·· • · · · · · ··· · ··· • · · · ···· · · · · • ·· · ·· ·· ·· · -1-(35 773) Patentansprüche 1. In einem kapazitiven Entladungszündungssystem für einen Verbrennungsmotor sind enthalten: ein Ladekondensator und eine Diode in Reihe damit; eine Energieversorgung, die in Reihe mit dem Ladekondensator und der Diode verbunden ist; ein Zündtransformator, bestehend aus Primär- und Sekundärwindungen; und ein steuerbarer Schalter; die Primärwindungen des Zündtransformators und der Ladekondensator sind in Reihe über den steuerbaren Schalter verbunden; eine Zündkerze ist in Reihe mit den Sekundärwindungen des Zündtransformators verbunden; die Verbesserung umfasst eine elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung des steuerbaren Schalters, der in Synchronisation mit dem Motor arbeitet derart, dass der Schalter anfänglich für eine Zeitperiode geschlossen ist, um Energie zur Zündspulenprimärseite zu übertragen, dass nach dieser Zeit der Schalter für eine zweite Zeitperiode geöffnet wird und dann der Schalter wieder geschlossen wird um eine Impulsfolge zu erzeugen derart, dass der Schalter durch eine aufeinander folgende Reihe von Steuerimpulsen an den Schalter gesteuert wird, jede dieser individuellen Impulszeiten hat eine Dauer und einen Abstand, der von der Steuerschaltung bestimmt wird, dass diese Impulse zeitlich derart angeordnet sind immer dann zu erscheinen, wenn es möglich ist, die Schwingungswirkung der Zündtransformatorsekundärspannung, herrührend von den vorausgegangenen primärseitigen Impulsen zu verstärken derart, dass das Spannungsdurchschlagsvermögen der offenen Schaltung des Zündtransformators vergrößert wird.
2. Eine Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter den Schalter veranlasst für eine variable Anzahl von Zeiten geöffnet oder geschlossen zu sein während jedes Zündereignisses, bis ein Zünddurchbruch gemessen wird. NACHGEREICHT ·· ·· · ·· ···· ·· & ········ • · · · · · ··· · ··· • · · · ···· · · fc· · • ·· · ·· ·· ·· · -2-
3. Eine Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter den Schalter veranlasst für eine variable Anzahl von Zeiten geöffnet oder geschlossen zu sein bis zu einer maximalen Anzahl während jedes Zündereignisses, begrenzt durch die höchst erreichbare Durchschlagsspannung der Spule.
4. Eine Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter den Schalter veranlasst für eine variable Anzahl von Zeiten geöffnet oder geschlossen zu sein während jedes Zündereignisses bis ein Funkendurchbruch gemessen wird und die sekundärseitige Durchbruchspannung, die vom Motor gefordert wird, bewertet wird durch Zählen der Anzahl von verstärkenden primärseitigen Impulsen, die vor dem Durchbruchsereignis gemessen wird.
5. Eine Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter den Schalter bei einer einstellbaren Rate während der verstärkenden Impulse verfügbar sind, steuert, um die Lösung der Spannungsmessungsfunktion zu verbessern.
6. Eine Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, wobei die St euer Schaltung für den steuerbaren Schalter in einem geschlossenen Regelkreis durch Messung des Verhaltens der Stromkreisparameter arbeitet, um die exakte Wellenform der Impulsfolge, die an den steuerbaren Schalter gesandt wird, zu bestimmen.
7. Eine Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, wobei die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter (Sl) in einem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung einer gespeicherten Speicherkarte arbeitet, um die exakte Wellenform der Impulsfolge, die an den steuerbaren Schalter gesandt wird, zu bestimmen. NACHQEREICHT

·· ··· • · • · · · ♦··· · • ··· * · · 3-
8. In einem kapazitiven Entladungszündungssystem für einen Verbrennungsmotor sind enthalten: ein Ladekondensator und eine Diode in Reihe damit; eine Energieversorgung, die in Reihe mit dem Ladekondensator und der Diode verbunden ist; ein Zündtransformator, bestehend aus Primär- und Sekundärwindungen; einem steuerbaren Schalter; die Primärwindungen des Zündtransformators und der Ladekondensator sind in Reihe über den steuerbaren Schalter verbunden; eine Zündkerze ist in Reihe mit den Sekundärwindungen des Zündtransformators verbunden; die Verbesserung umfasst eine elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung des steuerbaren Schalters, der in Synchronisation mit dem Motor arbeitet derart, dass der Schalter anfänglich für eine Zeitperiode geschlossen ist, um Energie zur Zündspulenprimärseite zu übertragen, dass nach dieser Zeit der Schalter für eine zweite Zeitperiode geöffnet wird und dann der Schalter wieder geschlossen wird um eine Impulsfolge zu erzeugen derart, dass der Schalter durch eine aufeinander folgende Reihe von Steuerimpulsen an den Schalter gesteuert wird, jede dieser individuellen Impulszeiten hat eine Dauer und einen Abstand, der von der Steuerschaltung bestimmt wird, dass diese Impulse zeitlich derart angeordnet sind immer dann zu erscheinen, wenn es möglich ist, die Schwingungswirkung der Zündtransformatorsekundärspannung, herrührend von den vorausgegangenen primärseitigen Impulsen zu verstärken derart, dass das sekundärschaltungsseitige Stromvermögen des Zündtransformators vergrößert wird.
9. Eine Einrichtung nach dem Anspruch 8, wobei die Steuerschaltung den Schalter steuert, um die Zeitperiode festzustellen, in welcher der Schalter geschlossen bleibt derart, dass die Amplitude des verlängerten Lichtbogenstroms des Funkens gesteuert wird.
10. Eine Einrichtung nach dem Anspruch 8, wobei die Steuerschaltung für den Schalter veranlasst, dass die Impulsfolge fortgesetzt zusätzliche Impulse aussendet, um den sekundär-

> > ·· ·· • ·· ···» • · • • • · • • • · • • • · ··· • ♦ ·· • · • * ···· · · • • · • · • • • » · • · • · -4- seitigen Strom zu erhöhen, bis ein gewünschtes sekundärseitiges Stromniveau erreicht ist.
11. Eine Einrichtung nach dem Anspruch 8, wobei die Steuer schaltung für den Schalter veranlasst, dass die Impulsfolge für die Steuerung des Schalters zusätzliche Impulse aussendet, um den sekundärseitigen Strom höher zu steuern, bis ein gewünschtes Maximum des sekundärseitigen Stromniveaus erreicht ist und dann die Übertragung von Impulsen ein stellt, bis der Strom auf einen Wert fällt, unterhalb eines gewünschten minimalen sekundärseitigen Stromniveaus, um dann wiederum Impulse zu senden.
12. Eine Einrichtung nach dem Anspruch 8, wobei die Steuer schaltung für den Schalter veranlasst, dass die Impulsfolge für die Steuerung des Schalters zusätzliche Impulse aussendet, um den sekundärseitigen Strom höher zu steuern, bis ein gewünschtes Maximum des sekundärseitigen Stromniveaus erreicht ist und dann die Übertragung von Impulsen ein stellt, bis der Strom auf einen Wert fällt, unterhalb eines gewünschten minimalen sekundärseitigen Stromniveaus, um dann wiederum Impulse zu senden für eine erwünschte Gesamtzeit der Funkendauer.
13. Eine Einrichtung nach den Ansprüchen 8, 9, 10, 11 und 12, wobei die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter in einem geschlossenen Regelkreis durch Messung des Verhaltens der Stromkreisparameter arbeitet, um die exakte Wellenform der Impulsfolge, die an den steuerbaren Schalter gesandt wird, zu bestimmen.
14. Eine Einrichtung nach den Ansprüchen 8, 9, 10 und 11, wobei die Steuerschaltung (EC1) für den steuerbaren Schalter in einem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung einer gespeicherten Speicherkarte arbeitet, um die exakte Wellenform der Impulsfolge, die an den steuerbaren Schalter gesandt wird, zu bestimmen.

• · · · · • · ι · · · • · 9 »··· · ·· t··· ·· • · ·· · ·«· • · 5-
15. Eine Einrichtung nach den Ansprüchen 8, 9, 10 oder 11, wobei die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter es gestattet, die Dauer und die Amplitude des verlängerten Lichtbogens des Funkens unabhängig von der anfänglichen Durchbruchspannung, die erforderlich ist, um einen Funken zu initiieren, zu steuern.
16. Einrichtung nach dem Anspruch 12, wobei die Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter die sekundärseitige Leistung in die Lage versetzt, in Abhängigkeit von der Zeitwellenform, die gesteuert werden soll, einen Funken zu erzeugen, der eine gewünschte Energiehüllkurve besitzt. Linz, am 24. April 2008 Für die Anmelderin: nachgerieicht