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Die Erfindung betrifft ein verteilerloses Zündsystem zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art. Ein solches Zündsystem ist aus der DE-OS 23 39 784 bekannt.
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Bei einem Zündsystem, das zum Zünden einer Brennkraftmaschine, beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor verwendet wird, ist ein Verteiler mit mechanischen Kontakten eingefügt zum sequentiellen Verteilen einer Hochspannung, die in einer Zündspule induziert wird, auf mehrere Zündkerzen. Bei einem derartigen System tritt jedoch beispielsweise das Problem einer Rauscherzeugung aufgrund dauerndem Ein- und Ausschalten der Verteilerkontakte auf, sowie das Problem der Störung der Funktion der Verteilerkontakte aufgrund von Verschleiß, Feuchtigkeit, Verschmutzung und dergleichen. Dieses System ist somit nachteilig, weil das von den Verteilerkontakten erzeugte Rauschen eine Quelle für Hochfrequenzstörungen (insbesondere Radiostörungen) ist, wobei die ausnutzbare Lebensdauer des Systems zusätzlich zur verringerten Zuverlässigkeit verkürzt ist.
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Zur Überwindung dieser Nachteile aufgrund des Betriebes des Verteilers mit mechanischen Kontakten wurde ein sog. verteilerloses Zündsystem, kurz DIS, angegeben.
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Üblicherweise weist das verteilerlose Zündsystem mehrere Reihenschaltungen auf, die jeweils eine Diode und eine Zündkerze besitzen und die zur Sekundärwicklung einer Zündspule parallel geschaltet sind derart, daß die Polarität der Dioden bezüglich der Sekundärwicklung in jeder zweiten der Schaltungen invertiert sind, so daß der durch die Schaltungen fließende Strom abwechselnd gesperrt wird, wobei weiter eine elektrische Stromversorgungsschaltung mit der Primärwicklung der Zündspule verbunden ist, um periodisch und synchron mit der Zündzeitpunktsteuerung der Brennkraftmaschine, die durch das DIS zu zünden ist, einen Primärstrom zuzuführen derart, daß die Polarität oder die Richtung des Primärstroms bezüglich der Primärwicklung bei jedem zweiten Zyklus der periodischen Zufuhr umgekehrt wird, wodurch in der Sekundärwicklung eine Hochspannung periodisch mit einer Polarität induziert wird, die bei jedem zweiten Zyklus invertiert ist.
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Wenn die Polarität der in der Sekundärwicklung der Zündspule induzierten Hochspannung mit der Polarität eines Stroms übereinstimmt, der eine der Dioden des verteilerlosen Zündsystems mit dem erwähnten Aufbau durchschaltet, wird ein Funken über der Funkenstrecke der Zündkerze erzeugt, die mit dieser Diode reihengeschaltet ist, während dann, wenn die Polarität der Hochspannung, die in der Sekundärwicklung der Zündspule induziert wird, zu der erwähnten entgegengesetzt ist, die obenerwähnte Diode die Hochspannung blockiert, wodurch das Erzeugen eines Funkens über der Funkenstrecke der damit reihengeschalteten Zündkerze verhindert wird. Im letzteren Fall leitet eine andere Diode und wird ein Funken über der Funkenstrecke der Zündkerze erzeugt, die damit reihengeschaltet ist. Da die einzelnen Zündkerzen den einzelnen Zylindern der Maschine jeweils zugeordnet sind, kann die zum Zünden der Maschine notwendige Funkenenergie sequentiell den einzelnen Zündkerzen dadurch zugeführt werden, daß die Zeitsteuerung der Zufuhr des Primärstroms zur Primärwicklung der Zündspule gesteuert oder geregelt wird.
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Bezüglich derartiger verteilerloser Zündsysteme wird beispielsweise verwiesen auf die DE-OS 23 39 784.
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In der DE-OS 23 39 784 ist eine Anordnung zur verteilerlosen Zündung beschrieben mit einer eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweisenden Zündspule, mit einer Versorgungseinrichtung, die mit der Primärwicklung der Zündspule verbunden ist zur Versorgung der Primärwicklung mit einem Primärstrom, der synchron mit der Drehbewegung der Brennkraftmaschine die Primärwicklung abwechselnd in der einen und der anderen Richtung durchfließt, um bei Unterbrechung des in die jeweilige Richtung fließenden Primärstroms über der Sekundärwicklung (112) eine Sekundärspanung zu induzieren, die sich abwechselnd ändert zwischen der einen und der anderen Polarität, und mit mehreren Zündfunkenstrecken und einer der Zahl der Zündfunkenstrecken entsprechenden Anzahl an Gleichrichtergliedern, von denen jedes mit einer Zündfunkenstrecke und mit einem der beiden Anschlüsse der Sekundärwicklung so verbunden ist, daß zwei geschlossene aus Sekundärwicklung, mindestens einer Zündfunkenstrecke und mindestens einem Gleichrichterglied bestehende Stromkreise gebildet werden können, wobei bei Induzierung der Sekundärspannung der einen Polarität an der in dem einen der beiden Stromkreise liegenden mindestens einen Zündfunkenstrecke ein Zündfunke erzeugt wird und demzufolge in dem einen Stromkreis ein Zündstrom hervorgerufen wird, der die Sekundärwicklung in der einen Richtung, das zum einen Stromkreis gehörende mindestens ein Gleichrichterglied und die zum einen Stromkreis gehörende mindestens eine Zündfunkenstrecke durchfließt und für den das mindestens eine zum anderen der beiden Stromkreise gehörende Gleichrichterglied in Sperrichtung liegt, und wobei bei Induzierung der Sekundärspannung der anderen Polarität an der in dem anderen Stromkreis liegenden mindestens einen Zündfunkenstrecke ein Zündfunke erzeugt wird und demzufolge in dem anderen Stromkreis ein Zündstrom hervorgerufen wird, der die Sekundärwicklung in der anderen Richtung, das zum anderen Stromkreis gehörende mindestens eine Gleichrichterglied und die zum anderen Stromkreis gehörende mindestens eine Zündfunkenstrecke durchfließt und für den das mindestens eine zum einen Stromkreis gehörende Gleichrichterglied in Sperrichtung liegt.
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Dieses herkömmliche verteilerlose Zündsystem ist allgemein unproblematisch, so lange die Brennkraftmaschine in dem normalen Betriebszustand ist; es wurde jedoch festgestellt, daß mitunter ein Problem auftritt, wenn die Maschine in einem unüblichen Betriebszustand betrieben wird, derart, daß die Elektroden einiger der Zündkerzen außerordentlich abgenutzt werden bzw. verschleißen oder die Schaltung auf der Primärseite der Zündspule in dem Zustand erregt wird, in dem mindestens eine der Zündkerzen aus der Schaltungsanordnung bzw. Verdrahtung auf der Sekundärseite der Zündspule entfernt worden ist, beispielsweise zwecks Wartung und Prüfung der Maschine. Bei einem derartigen unüblichen Betriebszustand tritt keine Funkenzündung trotz der Induktion der Hochspannung über der Sekundärwicklung der Zündspule auf. Als Ergebnis wird eine Überspannung, die das Drei- bis Zehnfache der Sekundärspannung ist, die im normalen Betriebszustand auftritt, in der Sekundärwicklung der Zündspule induziert. Diese Überspannung ist ausreichend hoch, um die Dioden zu zerstören, wenn sie in deren Sperrichtung angelegt wird.
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Würde man nun die Gleichrichter so auslegen, daß sie Überspannungen bis zum Zehnfachen der Sekundärspannung im normalen Betriebszustand verkraften können, so würde dies das Zündsystem erheblich verteuern und außerdem würde dessen Baugröße zunehmen, was dem allgemeinen Trend zur Miniaturisierung elektronischer Bauteile in der Kraftfahrzeugelektronik entgegenläuft.
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Aus der US-PS 41 38 710 ist es bekannt, bei einem Zündsystem auf der Zündspulen-Sekundärseite in der Leitung zur Zündkerze eine Hochspannungs-Diode mit einer vorbestimmten Durchbruchsspannung zu verwenden. Diese Avalanche-Diode ist jedoch so angeordnet, daß nur dann Strom zum Verteiler fließt, wenn eine bestimmte Schwellenspannung überschritten wird. Die Avalanche-Diode kann also nicht als Überspannungsschutz wirken, der in einer Zündanlage nach der DE-OS 23 39 784 Anwendung finden könnte.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verteilerloses Zündsystem der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß es auch in einem unüblichen Betriebszustand einer Brennkraftmaschine beim Auftreten von Überspannungen nicht zerstört bzw. beschädigt wird und andererseits als kompakte und preisgünstige Anordnung realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. In den Unteransprüchen sind besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gekennzeichnet.
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Das Prinzip der Erfindung liegt darin, daß, wenn eine Überspannung in Sperrichtung an die Gleichrichtglieder angelegt ist, die Gleichrichtglieder nicht zum Sperren einer derartigen Spannung in Sperrichtung wirken, sondern erreichen, daß die Spannung in Sperrichtung über den Überspannungsabsorber tritt, um so eine weitere Erhöhung der Spannung in Sperrichtung zu verhindern.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Zündsystems gemäß der Erfindung,
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Fig. 2 schematisch im Teilschnitt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, die für das Zündsystem gemäß Fig. 1 verwendbar ist,
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Fig. 3 schematisch im Schnitt eine Diode, die vorzugsweise bei dem Zündsystem gemäß der Erfindung verwendbar ist,
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Fig. 4 eine Darstellung der Sperrspannungs/ Sperrstromcharakteristik der Diode gemäß Fig. 3,
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Fig. 5 und 8 Schaltbilder anderer Ausführungsbeispiele des Zündsystems gemäß der Erfindung,
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Fig. 6 und 7 schematisch Querschnitte zweier Ausführungsformen einer Diode, die bei dem Zündsystem gemäß Fig. 5 vorzugsweise verwendbar ist.
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Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Zündsystems gemäß der Erfindung bei Anwendung auf eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine. Der Aufbau und der Betrieb des Ausführungsbeispiels wird mit Bezug auf Fig. 1 erläutert. Gemäß Fig. 1 enthält eine Zündspule 11 eine Primärwicklung 111 und eine Sekundärwicklung 112, die ausgewähltes Windungsverhältnis von beispielsweise etwa 1 : 100 besitzen. Die Primärwicklung 111 ist wie dargestellt mit einem Mittelabgriff versehen.
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Die Enden der Primärwicklung 111 sind mit den Anoden von Dioden 213 bzw. 223 verbunden, wobei die Kathoden dieser Dioden 213 und 223 mit den Kollektoren und Transistoren 212 bzw. 222 verbunden sind. Die Emitter dieser Transistoren 212 und 222 liegen an Masse (bzw. sind geerdet). Der Mittelabgriff der Primärwicklung 111 ist über enen Leistungsschalter 12 mit dem positiven Anschluß einer Stromversorgung 13 verbunden. Der negative Anschluß der Stromversorgung 13 liegt an Masse. Die Stromversorgung 13 ist auch über den Schalter 12 mit ICs 211und 221 verbunden, die zum Steuern des Zündsystems vorgesehen sind. Diese ICs 211 und 221 sind an ihren Eingängen mit Schaltern 21 bzw. 22 verbunden, die synchron zur Drehung der Maschine ein- und ausgeschaltet (geschlossen bzw. geöffnet) werden. Die ICs 211 und 221 sind ausgangsseitig mit den Basen der Transistoren 212 bzw. 222 verbunden. Die ICs können in an sich bekannter Weise so ausgebildet sein, daß sie (nicht dargestellt) einen Detektor zum Erfassen des Schließzustandes des Schalters 21 oder 22 und einen Verstärker zur Zufuhr eines Ausgangssignals zur Basis des Transistors 212 oder 222 aufweisen, wenn der Detektor den Schließzustand des zugeordneten Schalters erfaßt.
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Wenn die Maschine nach dem Einschalten bzw. dem Schließen des Leistungsschalters bzw. Versorgungsschalters 12 gestartet wird, werden die Schalter 21 und 22 abwechselnd ein- und ausgeschaltet (geschlossen bzw. geöffnet; durchgeschaltet bzw. gesperrt) zum abwechselnden Zuführen eines Basisstroms zu den Basen der Transistoren 212 und 222, um dadurch abwechselnd diese Transistoren 212 und 222 durchzuschalten. Folglich fließt Storm durch den Weg, der sich von dem positiven Anschluß der Stromversorgung 13 zum negativen Anschluß der Stromversorgung 13 über den Schalter 12, den Mittelabgriff der Primärwicklung 111, einem Ende der Primärwicklung 111 und den Transistor 212 oder 222 erstreckt. Da die Transistoren 212 und 222 abwechselnd durchgeschaltet werden, ändert sich die Richtung des durch die Primärwicklung 111 der Zündspule 11 fließenden Primärstroms abwechselnd in die eine Richtung bzw. in die andere Richtung.
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Reihenschaltungen aus Dioden 31, 32 und Zündkerzen 41, 42 sind parallel zueinander zwischen einem der Enden der Sekundärwicklung 112 der Zündspule 11 und Masse in einer solchen Beziehung geschaltet, daß die Richtung der Diode 32 entgegengesetzt zu der der Diode 31 ist. In ähnlicher Weise sind Reihenschaltungen aus Dioden 33, 34 und Zündkerzen 43, 44 parallel zueinander zwischen dem anderen Ende der Sekundärwicklung 112und Masse in einer solchen Beziehung angeschlossen, daß die Richtung der Diode 34 entgegengesetzt zu der der Diode 33 ist. Diese Dioden 31 bis 34 haben eine Konstantspannung-Charakteristik oder eine Z-Charakteristik in Sperrichtung und sind in der Lage, einer hohen Überspannung zu widerstehen.
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Als Folge des abwechselnden Ein- und Ausschaltens der Schalter 21 und 22 in dem Zündsystem gemäß Fig. 1 wird eine hohe Sekundärspannung mit sich sequentiell ändern der Polarität in der Sekundärwicklung 112 der Zündspule 11 induziert. Wenn nun eine hohe Sekundärspannung der dargestellten Polarität in der Sekundärwicklung 112 induziert wird, fließt ein Strom durch die Diode 31, die Zündkerze 41, die Zündkerze 44 und die Diode 34 zum Erzeugen von Funken in den Zündkerzen 41 und 44. Zu diesem Zeitpunkt sind die Dioden 32 und 33 in Sperrichtung vorgespannt zum Blockieren der Hochspannung. Dann, wenn eine hohe Sekundärspannung entgegengesetzter Polarität in der Sekundärwicklung 112 induziert wird, fließt ein Strom durch die Diode 33, die Zündkerze 43, die Zündkerze 42 und die Diode 32 zum Erzeugen von Funken in den Zündkerzen 43 und 42. Zu diesem Zeitpunkt sind die Dioden 31 und 34 in Sperrichtung vorgespannt zum Blockieren der Hochspannung. Daher tritt die simultane Funkenerzeugung in den Zündkerzen 41 und 44 wiederholt in abwechselnder Beziehung zu der simltanen Funkenerzeugung in den Zündkerzen 42 und 43 auf, die ebenfalls wiederholt auftritt. Es ergibt sich ohne weiteres, daß diese Zündkerzen denjenigen Zylindern jeweils zugeordnet sind, die so gewählt sind, daß dann, wenn der der Zündkerze 41 oder 42 zugeordnete Zylinder in einem Zustand ist, in dem die Zündkerze 41 oder 42 zu zünden ist, der den Zündkerzen 44 oder 43 zugeordnete Zylinder in einem anderen Zustand ist, in dem seine Betriebsweise nicht wesentlich durch die Funkenerzeugung durch die Zündkerzen 44 oder 43 beeinflußt wird. Der obige Zyklus wird wiederholt, um die Funktion des Zündsystems zu erreichen.
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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht im Teilschnitt eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, die für das Zündsystem gemäß Fig. 1 zu verwenden ist. Insbesondere sind die durch die Zweipunkt-Strich-Linie 10 in Fig. 1 umgebenen Bauelemente in der Vorrichtung befestigt.
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Gemäß Fig. 2 ist die mit einem Harz 101 bedeckte Zündspule 11 in einem Spulengehäuse 102 aus einem Harz aufgenommen, und sind ein Paar von entgegengesetzten Anschlüssen 113 der Sekundärwicklung 112 der Zündspule 11 in einer Öffnung aufgenommen, die an der Oberseite des Spulengehäuses 102 gebildet ist. Ein Paar entgegengesetzter Anschlüsse der Primärwicklung 111 der Zündspule 11 sind in einer der Seitenwände des Spulengehäuses 102 vorgesehen, auch wenn dies in Fig. 2 nicht im einzelnen dargestellt ist.
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Ein Bodenteil eines Diodengehäuses 105 aus einem Harz ist in der oberen Öffnung des Spulengehäuses 102 aufgenommen, um so ein einteiliges Baugruppenteil durch Kombination des Spulengehäuses 102 und des Diodengehäuses 105 zu bilden. Das Diodengehäuse 105 nimmt die Dioden 31, 32, 33 und 34 darin auf. Ein Paar von Anschlüssen 103 und vier Anschlüsse 104 erstrecken sich durch die Bodenwand bzw. die Deckelwand des Diodengehäuses 105. Die Anschlüsse 103 sind jeweils mit Anschlüssen 113 verbunden. Die Dioden 31, 32, 33, 34 sind zwischen den Anschlüssen 103 und 104 mit den in Fig. 1 dargestellten Polaritäten angeschlossen. Leiterdrähte zu den Zündkerzen 41, 42, 43, 44 gemäß Fig. 1 sind an die vier Anschlüsse 104 entsprechend anzuschließen. Der Innenraum des Diodengehäuses 105 ist mit einem Harz 106 gefüllt, das ein elektrischer Isolator ist.
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Bei einem Aufbau wie gemäß Fig. 2 haben die Eigenschaften des Harzes 106 einen großen Einfluß auf die Dioden 31, 32, 33 und 34. Deshalb ist es erwünscht, als Harz 106 einen Werkstoff zu verwenden, wie ein Epoxidharz, das eine gute Haftung an den Oberflächen der Dioden 31 bis 34, einen Wärmedehnungskoeffizienten, der im wesentlichen gleich oder nahe dem der Diode ist, eine hohe Isolation, eine hohe Wärmebeständigkeit, eine hohe Feuchtebeständigkeit und einen niedrigen Schrumpfungskoeffizienten besitzt. Im Hinblick auf diese Gesichtspunkte kann ein Isolieröl vorzugsweise anstelle des Harzes 106 verwendet werden.
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Bei dem Zündsystem mit diesem Aufbau ist eine Gegenspannung, die an jede der Dioden 31 bis 34 im normalen Betriebszustand der Maschine angelegt wird, annähernd gleich der Funkenentladungsspannung, die etwa 10 kV bis 20 kV beträgt. Es kann jedoch ein unüblicher Betriebszustand vorliegen, bei dem das Zündsystem in einem Zustand erregt werden kann, bei dem mindestens einer der Leiter, der die einzelnen Dioden mit der zugeordneten Zündkerze verbindet, entfernt worden ist, beispielsweise zwecks Wartung und Prüfung der Maschine. In einem solchen Fall wird eine übermäßig hohe Spannung in Sperrichtung, kurz Sperrspannung (eine Überspannung) an die Diode angelegt, die ein Paar mit derjenigen bildet, von der der verbindende Leiter entfernt worden ist. Es sei beispielsweise die Sekundärspannung der dargestellten Polarität in der Sekundärwicklung 112 der Zündspule 111 in einem Zustand induziert, bei dem der die Diode 34 mit der Zündkerze 44 verbindende Leiter (Fig. 1) entfernt worden ist. In diesem Fall ist die Diode 31 in Durchlaßrichtung vorgespannt, während die Diode 33 in Sperrichtung vorgespannt ist, wobei keine Funkenentladung so lange auftritt, so lange die Sekundärspannung durch die Diode 33 unterdrückt oder blockiert ist. Deshalb wird anders als in dem normalen Betriebszustand der Maschine eine Überspannung von 40 kV bis 50 kV oder mitunter auch höher als diese an die Diode 33 in Sperrichtung angelegt. Ein solcher Fall tritt auch auf, wenn mindestens eine der Zündkerzen nicht richtig Funken erzeugt aufgrund eines zu großen ungleichförmigen Verschleißes der Zündkerzenelektroden.
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Bei einem herkömmlichen Zündsystem mit Dioden, die keine Konstantspannung-Charakteristik oder Z-Charakteristik in Sperrichtung besitzen und die nicht ausreichen bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegenüber einer derartigen Überspannung, wird die der Diode 33 bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechende Diode als Ergebnis des Anlegens der zu hohen Überspannung durchgebrochen und geht die Funktion des Zündsystems vollständig verloren. Selbst wenn die Dioden einen Durchbruchsspannungspegel besitzen, der höher als die Überspannung ist und die der Diode 33 bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechende Diode nicht zerstört wird, wird die Überspannung mit dem zu hohen Pegel an andere Teile, die die das Zündsystem aufnehmende Vorrichtung bilden, angelegt, beispielsweise an Teile der Isolierstoffe, die in der Vorrichtung gemäß Fig. 2 vorgesehen sind. Derartige Teile des Isolierstoffs umfassen Teile des Harzes 106 oder des Diodengehäuses 105 zwischen den Anschlüssen 104 und einen Teil des Harzes 101 zwischen den Anschlüssen 113 der Sekundärwicklung 112 der Zündspule 11. Das Anlegen einer derartigen zu hohen Überspannung bricht die Isolation an diesen Teilen oder Abschnitten durch; um zu vermeiden, daß die Isolation durchgebrochen wird, muß ein Isolierstoff mit höherem Isolierwirkungsgrad, der deshalb meist kostspieliger ist, verwendet werden oder ist eine Erhöhung der Kriechstrecke notwendig, wobei dieses Erfordernis ein Hindernis für die erwünschte Miniaturisierung und Kostenverringerung der Vorrichtung, die für das DIS zu verwenden ist, darstellt.
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Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die erwähnten Probleme überwindbar. Die Dioden 31, 32, 33 und 34 bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzen eine Konstantspannungs-Charakteristik oder Z-Charakteristik in Sperrichtung und sind in der Lage, einer stoßförmigen Leistung bzw. einer Überspannung mit zu hohem Pegel zu widerstehen, wie das weiter oben erläutert worden ist.
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Fig. 3 ist ein Schnitt einer der Dioden, die bei dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 2 verwendbar ist. Gemäß Fig. 3 enthält die Diode eine Anordnung aus einer vorgegebenen Anzahl (beispielsweise 30) von Silizium-Diodenpastillen 301 mit PIN-Aufbau, die mittels eines Aluminiumlots 302 gestapelt sind, wobei ein Paar von Wolframelektroden 303 an den entgegengesetzten Enden der Anordnung jeweils vorgesehen sind. Ein Paar von Kupferleitern 304 sind axial mit diesen Elektroden 303 jeweils verbunden. Eine Glas-Passivierungseinrichtung 305 ist zwischen die Elektroden 303 zum Umschließen der Silizium-Diodenpastillen 301 gegossen, wobei die Außenfläche der Glas-Passivierungseinrichtung 305 mit einer Hülle aus einem Harz 306 bedeckt ist.
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Bei der Diode gemäß Fig. 3 ist der PN-Übergang jeder einzelnen Pastille 301 so endbearbeitet, daß er so flach wie möglich ist wobei die Verunreinigungskonzentration der I- oder Zwischenschicht des PIN-Aufbaus so gewählt ist, daß eine vorgegebene Konstantspannungs-Charakteristik in Sperrichtung erreicht ist, wobei diese Bezeichnung auch zum Bezeichnen der gleichen Bedeutung wie Lawinendurchbruchs-Charakteristik oder Z-Charakteristik verwendet wird. Ein versetzungsfreies Siliziummaterial wird zum Herstellen der Pastillen 301 verwendet. Beim Einschließen der Pastillen 301 in die gegossene Glas-Passivierungseinrichtung 305 sind der Werkstoff des Glases und die Glas- Zündbedingung sorgfältig so gewählt, daß in der Glas-Passivierungseinrichtung 305 keine Hohlräume erzeugt werden.
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Die so erhaltenen Dioden 31, 32, 33 und 34 zeigen eine Konstantspannungs-Charakteristik in Sperrichtung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. In Fig. 4 bedeutet das Symbol V ZP an der Horizontalachse die Lawinenspannung der Dioden, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendet sind, V S die Spannung, die zum Erzeugen eines Funkens über der Funkenstrecke der Zündkerzen erforderlich ist und V T den Minimalwert der dielektrischen Durchbruchsspannungen der verschiedenen Isolierstoffe, die bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 verwendet sind. Es zeigt sich, daß in Fig. 4 V ZP größer als V S jedoch kleiner als V T ist.
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Bei Fig. 4 zeigt die bei der Erfindung verwendete Diode ihre Blockiercharakteristik wie eine übliche Diode, bis die angelegte Sperrspannung den Pegel V ZP erreicht. Bei Erreichen von V ZP unterliegt die Diode einem Lawinendurchbruch und wird sofort in einen Zustand gebracht, in dem ein großer Sperrstrom fließen kann. Folglich steigt die Überspannung nicht über den Pegel V ZP an.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Wert von V ZP zu etwa 25 kV gewählt, was höher als der Wert von V S ist, der üblicherweise etwa 20 kV ist. Folglich besteht keine Möglichkeit, daß die Dioden in der Sperrichtung in dem normalen Betriebszustand der Maschine leiten, wodurch sich die Zündfolge ändern würde oder eine Fehlzündung ergeben würde.
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Die Arbeitsweise der bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Dioden wird im folgenden ausführlich erläutert. Es sei angenommen, daß das Zündsystem gemäß Fig. 1 in einem Zustand erregt ist, in dem der die Diode 34 mit der Zündkerze 44 verbindende Leiter entfernt ist, weshalb als Ergebnis eine Überspannung der dargestellten Polarität in der Sekundärwicklung 112 der Zündspule 11 erzeugt wird. Diese Überspannung wird über die Diode 31 an die Diode 33 als Sperrspannung angelegt. Bei der herkömmlichen Anordnung, in der eine Überspannung durch die Diode 33 blockiert worden ist, mußten die Teile einschließlich der Diode 33 und der Isolatoren diese Überspannung aushalten mit dem Ergebnis, daß die Diode 33 sehr leicht zerstört werden konnte und daß die erwünschte Miniaturisierung und Kostenverringerung der Zündsystem-Vorrichtung nicht erreicht werden konnte. Im Gegensatz dazu leitet die Diode 33 bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Sperrichtung, wenn die Überspannung den Pegel von V ZP = 25 kV erreicht und fließt ein Strom durch die Diode 31, die Zündkerze 41, die Zündkerze 43und die Diode 33 zum Verhindern eines weiteren Anstieges der Überspannung. Deshalb müssen die dielektrischen Durchbruchsspannungen der einzelnen Isolierglieder bzw. Isolatoren nicht so hoch wie bisher sein und können relativ niedrig sein oder können lediglich solche Pegel sein, die wirksam dem Überspanungspegel von V ZP widerstehen können. Dadurch wird die Notwendigkeit beseitigt, daß aufwendige Überlegungen bezüglich Werkstoffdicke, Kriechstrecke usw. der Isolatoren durchgeführt werden müssen, was zur Erreichung der Miniaturisierung und Kostenverringerung der Vorrichtung zur Aufnahme des DIS beiträgt.
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Wenn das System zum Blockieren einer Überspannung von 40 kV bis 50 kV oder mehr mit lediglich einer Diodenschaltung angeordnet ist, sollten mehrere Dioden in Reihe für diesen Zweck angeordnet sein, da es schwierig ist, eine Diode herzustellen, die alleine einer derartigen Überspannung widerstehen bzw. diese blockieren kann. Bei einer derartigen Anordnung wird, weil der dv/dt-Wert der Überspannung relativ hoch ist und die Übergangs- und/oder Erdkapazitäten der jeweiligen Dioden üblicherweise sich voneinander unterscheiden, die Überspannung allgemein nicht gleichförmig unter den verschiedenen Dioden aufgeteilt, wodurch nachteilig die sich ergebende Überspannungs-Blockierfähigkeit der Reihenschaltung der Dioden verringert wird. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung kann diesen Nachteil überwinden, da der Pegel von V ZP zu etwa 25 kV gewählt ist und das Blockieren einer Überspannung unter V ZP mittels einer einzigen Diodenanordnung erreicht wird.
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Der Wert für V ZP , der bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Dioden wird geeignet so gewählt, daß die in der Diode verbrauchte Leistung aufgrund der Absorption der Überspannung aufs äußerste verringert ist, was erwünscht ist, um die Erzeugung von Wärme in der Diode zu verringern, wobei eine Diode kleiner Größe mit einer Überspannungs-Widerstandsfähigkeit, die niedriger ist als diejenige einer Diode großer Größe verwendet werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorteilhaft bezüglich der Miniaturisierung und der Kostenverringerung der Zündsystem-Vorrichtung, da die Diode selbst den zugeordneten Überspannungsabsorber aufweist.
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Eine andere Ausführungsform bzw. eine Weiterbildung der Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 5 erläutert. Obwohl die mit der Primärwicklung 111 der Zündspule 11 verbundene Schaltung in einer wesentlich vereinfachteren und schematischeren Weise dargestellt ist als in Fig. 1 ergibt sich, daß die Funktionsweise bei ersterer Schaltung äquivalent zu derjenigen bei letzterer ist. Die Bezugszeichen 21 und 22 bezeichnen dabei allgemeine Schalteinrichtung, die mechanische Kontakte oder Transistoren sein können, wie diejenigen gemäß Fig. 1, wobei aber auch andere Halbleiterschalter einschließlich Thyristoren verwendet werden können. Wenn die Schalteinrichtungen 21 und 22 Halbleiterschalter sind, wie Transistoren oder Thyristoren ergibt sich, daß eine Steuerschaltung (nicht dargestellt) zu deren Ansteuerung erforderlich ist.
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Gemäß Fig. 5 sind Überspannungsabsorber 51, 52, 53, 54 parallel zu üblichen Dioden 31, 32, 33 bzw. 34 geschaltet. Jeder dieser Überspannungsabsorber 51 bis 54 besitzt eine V-I-Charakteristik ähnlich der gemäß Fig. 4 in einer Richtung parallel zur Sperrrichtung der parallel dazu geschalteten Diode. Ein derartiger Überspannungsabsorber kann ein Überspannungsableiter sein, der die Form beispielsweise eines gesinterten Blocks aus Zinkoxid (ZnO) besitzt. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Überspannungsabsorber ein Stapel einer erforderlichen Anzahl von Halbleiter-Überspannungsableitern mit Dreischichtenaufbau sein, d. h. mit NPN- oder PNP-Aufbau.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist genauso wirksam wie das gemäß Fig. 1 bezüglich der Absorption der Überspannung durch die Überspannungsabsorber.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Kondensatoren als Überspannungsabsorber verwendet. Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Weiterbildung desjenigen gemäß Fig. 5 darin, daß die Überspannungsabsorber 51, 52, 53 und 54 gemäß Fig. 1 durch jeweilige Kondensatoren ersetzt sind. Die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Kondensatoren besitzen eine Kapazität von ungefähr einigen pF. Wenn auch eine übliche Diode eine sehr kleine inhärente Kapazität besitzt, die zwischen dem Paar der Elektroden gebildet ist, ist dieser Kapazitätswert zu gering zur Verwendung als Überspannungsabsorber, weshalb es notwendig ist, tatsächlich einen Kondensator wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel hinzuzufügen. Daher sind bei diesem dritten Ausführungsbeispiel diskrete Kondensatoren parallel zu den Dioden 31, 32, 33 bzw. 34 geschaltet.
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Bei einer Weiterbildung des dritten Ausführungsbeispiels kann jede der Dioden 31, 32, 33 und 34 so ausgebildet bzw. so aufgebaut sein, daß eine vorgegebene Kapazität zwischen dem Paar der Elektroden vorliegt. Der praktische Aufbau der Diode einer derartigen Weiterbildung wird mit Bezug auf Fig. 6 näher erläutert. Fig. 6 zeigt eine Diode 31, deren Aufbau der gleiche ist wie bei der gemäß Fig. 3 mit der Ausnahme, daß die Harzhülle 306 nicht vorgesehen ist. Bei dem Diodenaufbau gemäß Fig. 6 wird jedoch die Konstantspannungscharakteristik für die Diode 31 selbst nicht erwartet. In Fig. 6 sind ein Paar beabstandeter leitender flacher Platten 501 A und 501 B nahe an und elektrisch mit den jeweiligen Dioden 303 verbunden angeordnet. Diese flachen Platten 501 A und 501 B erstrecken sich in radialer Richtung von den zugehörigen Enden der Elektroden 303 der Diode 31, die mit den jeweiligen Leitern 304 verbunden sind. Der Raum zwischen den leitenden flachen Platten 501 A und 501 B ist mit einem Dielektrikum 502 wie einem Epoxidharz gefüllt, das eine relative Dielektrizitätskonstante besitzt, die größer als 1 ist, derart, daß ein Kondensator durch diese flachen Platten 501 A und 501 B gebildet ist. Die Oberseite bzw. Außenseite des Kondensators ist mit einem Harz 503bedeckt zum Schutz gegen die umgebende Atmosphäre. Die Kapazität dieses Kondensators kann nach Wunsch beispielsweise dadurch eingestellt werden, daß die Fläche der flachen Platten 501 A, 501 B und die Zusammensetzung des Harzes 502 geändert wird bzw. werden. Beispielsweise kann das Harz 502 sein ein Epoxidharz, ein Polyesterharz, ein Polybutadienharz, ein Polyäthersulfonharz und ein Norylharz, das abhängig von dem Sollwert für die Kapazität gewählt ist. Die Kapazität des Kondensators mit dem Aufbau gemäß Fig. 6 beträgt einige pF, wobei dieser Kapazitätswert ausreicht, um wirksam eine Überspannung von einigen zehn kV zu absorbieren.
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Der Aufbau gemäß Fig. 6 kann mittels irgendeinem geeigneten Verfahren erreicht werden. Bei dem vorzuziehenden Verfahren wird die Umfangsfläche der Diode 31 mit einem Harz 502 mit vorgegebenem Durchmesser bedeckt, wird eine leitende Paste an den sich axial entgegengesetzten Enden der Harzblocks 502 zur Bildung des Paars der Elektroden 501 A und 501 B beschichtet und wird schließlich die Gesamtanordnung mit einem Harz 503 bedeckt, das als Schutzschicht wirkt.
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Fig. 7 zeigt im Axialschnitt den Aufbau einer Weiterbildung der Diode mit dem Kondensator gemäß Fig. 6. Der Aufbau gemäß Fig. 7 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 6 darin, daß die Platten 510 A und 501 B flache Abschnitte und zylindrische Erstreckungen 501 A und 501 B aufweisen, die damit verbunden sind und unterschiedliche entsprechende Durchmesser besitzen, wobei diese zylindrischen Erstreckungen bzw. Verlängerungen 501 A und 501 B sich teilweise gegenüberliegen, wobei Teile des Harzes 502 dazwischen angeordnet sind. Die Größe der Anordnung gemäß Fig. 7 kann bei gleicher Kapazität kleiner gemacht werden als die des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6.
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Wenn sich auch die vorstehende Beschreibung auf die Anwendung der vorliegenden Erfindung für ein Zündsystem zur Verwendung bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine bezogen hat sowie auf eine Vorrichtung zur Verwendung für das Zündsystem, ist die Erfindung jedoch auch in gleicher Weise auf ein Zündsystem anwendbar, das bei Brennkraftmaschinen mit Mehrzylindern verwendbar ist. Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Zündsystem für eine Zweizylinder- Brennkraftmaschine anwendbar, bei der Zündkerzen mit entgegengesetzten Enden der Zündspule verbunden sind und Dioden parallel zu den jeweiligen Zündkerzen in der gleichen Richtung bezüglich der Enden der Sekundärwicklungen der Zündspule angeordnet sind. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Schaltungsanordnung ist in Fig. 8 dargestellt, bei der ähnliche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind und wobei die Primärwicklung 111 der Zündspule 11 mit einer Stromversorgung über eine Schalteinrichtung verbunden ist, was hier nicht dargestellt ist, die im wesentlichen gleich der gemäß den Fig. 1 oder 5 ist. Eine Z-Diode 32 und eine Zündkerze 43 bilden einen geschlossenen Kreis mit den Anschlüssen der Sekundärwicklung 112, während eine Z-Diode 34 und eine Zündkerze 41 einen anderen geschlossenen Kreis mit den gleichen Anschlüssen bildet.