DE3442017A1

DE3442017A1 - Zuendfunkenerzeuger fuer ottomotoren

Info

Publication number: DE3442017A1
Application number: DE19843442017
Authority: DE
Inventors: Werner 2211 Kremperheide Martens; Johannes 8500 Nürnberg Vogler
Original assignee: VOGLER JOHANNES DIPL ING FH DI
Current assignee: VOGLER JOHANNES DIPL ING FH DI
Priority date: 1984-11-16
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE3442017C2

Description

Zündfunkenerzeuger für Ottomotoren
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Zündfunkenerzeuger für Ottomotoren, bei dem im Zündzeitpunkt ein aufgeladener Kondensator oder mehrere aufgeladene Kondensatoren in eigener Weise auf die Zündspule geschaltet werden.
Umweltschutz und Energieeinsparung setzen leistungsfähige Zündsysteme voraus. Die heutige Motorentwicklung ist ohne elektronische Zündanlagen nicht denkbar. Dabei sind kontaktlose Signalgeber und elektronische Zündzeitpunktsteuerungen verschiedener Art bekannt. Die folgenden Ausführungen beziehen sich dagegen auf die Erzeugung des Zündfunkens.
Bisherige Zündfunkenerzeuger Als Zündfunkengeber werden praktisch zwei Prinzipien angewandt: 1) Die transistorisierte Spulenzündung "TSZ" Hier wird die Primärwicklung der Zündspule durch einen Transistor an die Betriebsspannung geschaltet. Der Zündfunke entsteht beim Abschalten der Spule. Die Zündenergie wird induktiv gespeichert.
2) Die Hochspannungskondensatorzündung "HKZ" (Auch als Thyristorzündung bekannt) Bei dieser Zündung wird im Zündzeitpunkt ein bereits aufgeladener Kondensator mittels eines elektronischen Schalters auf die Primärwicklung der Zündspule geschaltet. Die Zündenergie wird kapazitiv gespeichert.
Zu 1) Die Spulenzündung ist heute mit Transistorschaltern und elektronischer Schließwinkelsteuerung sowie mit optimierten Zündspulen hochgezüchtet.
Sie steht damit aber an der Grenze ihrer Entwicklungsfähigkeit. Der hauptsächlich genannte Vorteil der Spulenzündung ist ihre lange Funkenbrennzeit. Abgesehen davon, daß überlange Funkenbrennzeiten nutzlos sind, verringert sich ihre Funkenbrennzeit meistens bei hohen Drehzahlen. Messungen des Funkenstromes am Motor zeigen aber eine noch weitergehende Abnahme der Brennzeit infolge der Gemischverwirbelung im Brennraum. Hier führt der erhöhte Spannungsbedarf der Funkenstrecke zu einer Verkürzung des wirksamen Funkenstromflusses - der Funke wird "weggedrückt". Dieser Erscheinung kann durch eine Erhöhung der in der Spule gespeicherten Energie nur schlecht begegnet werden. Die Zündspulenerwärmung und der Stromverbrauch setzen hier in der Praxis Grenzen.
Bei der Spulenzündung wird die Funkenstrecke aus der hohen Induktivität der Sekundärwicklung gespeist. Damit wird die Höhe des Funkenstromes begrenzt. Dieser Nachteil ist prinzipbedingt.
Zu 2) Die Hochspannungskondensatorzündung benötigt die Zündspule nur als Obertrager. Dieses Prinzip bietet den Vorteil eines sehr schnellen Anstieges der Zündspannung bzw. eines niedrigen Innenwiderstandes. Damit ist eine geringe Nebenschlußempfindlichkeit und ein sehr energiereicher Funkenkopf mit einem hohen Funkenstrom vorhanden. Nachteilig ist die kurze Brenndauer des Funkens. Es ist bekannt, daß deswegen HKZ-Zündungen nicht für jeden Motortyp geeignet sind.
Eine Verbesserung wird bei dem Zündsystem gemäß DBP 1 965 152 und DBP 1 539 195 erreicht. Dieses stellt eine HKZ dar, bei der die Funkenbrennzeit durch Nachschub von nicht zwischengespeicherter Energie aus der Batterie verlängert wird. In der Verlängerungsphase wird an die Primärwicklung der Zündspule eine feste Spannung gelegt. Diese Spannung ergibt sich aus der Batteriespannung und dem ßbersetzungsverhältnis eines Transformators. Damit kann aber u. U. bei einem erhöhten Spannungsbedarf der Funkenstrecke, s.o., ein Funkenstrom nicht mehr aufrechterhalten werden.
Eln neuer Zündfunkenerzeuger Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Zündfunkenerzeuger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Funkenstandzeit erreicht wird. Dabei soll die Spannung an der Funkenstrecke nach der Durchbruchsphase so hoch sein, daß ein kräftiger Funkenstrom sichergestellt ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Kondensator mit einer Induktivität in Reihe geschaltet ist. Wesentlich ist dabei die induktive Speicherung von Zündenergie außerhalb der Zündspule. Die Speicherung erfolgt während des Zündvorganges, d.h. im Zündzeitpunkt wird ein bereits aufgeladener Kondensator als niederohmige Spannungsquelle über eine Drossel auf die Primärwicklung der Zündspule bzw. des Zündtransformators geschaltet. Die in der Drosselinduktivität gespeicherte Energie wird, nach Beendigung der Stromzufuhr aus dem Kondensator, ebenfalls der Zündspule zugeführt. Die Spannung des aufgeladenen Kondensators muß der notwendigen Zündspannung und der Ubersetzung der Zündspule entsprechen. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß ein zweiter, bereits aufgeladener Kondensator vorhanden ist, der unmittelbar auf die Zündspule geschaltet wird. Diese Ausführung stellt eine Kombination der beschriebenen Erfindung mit einer HKZ-Zündung dar.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Fig. 1 dargestellten, prinzipiellen Ausführungsbeispieles näher erläutert. In Fig. 1 ist G eine geeignete Gleichspannungsquelle von z.B. 350V. Wenn der Thyristor TH nicht gezündet ist, werden die Kondensatoren C1 und C2 auf 350V aufgelden. Erfolgt nun die Zündung durch Anlegen eines Impulses aus dem Steuerteil S an das Gate des Thyristors TH, so wird der Kondensator C1 schlagartig in die Primärwicklung der Zündspule ZS entladen. An der Sekundärseite der Zündspule ZS entsteht ein Hochspannungsimpuls, der den Zündfunken in der Zündkerze bewirkt. Soweit ist dies die Schaltung und die Funktion einer normalen HKZ. Es wird nun aber mit dem Kondensator C1 gleichzeitig der zweite Kondensator C2 über die Drossel auf die Zündspule ZS entladen. Die Drossel DR ist wesentlich, da sie den Stromfluß verzögert. Ohne Drossel DR würde die Entladung des Kondensators C2 hauptsächlich in Verlustwärme umgesetzt werden, da die Primärwicklung der Zündspule ZS im Moment des Funkendurchbruches sehr niederohmig ist. Mit dem Abfallen des. Stromes durch die Drossel DR entsteht an ihr die umgepolte Selbstinduktionsspannung. Diese Spannung wird über die nun in Fluß gepolte Diode D2 an die Primärwicklung der Zündspule gelegt. Die Diode D3 verhindert eine Entladung der Drossel DR in den Kondensator C1 und ermöglicht ein Hochlaufen der Primärspannung an der Zündspule ZS. Ueber die Diode D1 wird der Kondensator C1 und über die Diode D2 der Kondensator C2 vor dem Zündvorgang aufgeladen. Es ist zu bemerken, daß die Dioden D1 und D3 als "Klemmdiode" für die Zündspule ZS wirken. Damit wird die Funkenbrennzeit geringfügig verlängert und es werden Oszillationen vermieden. Die gewünschte Verlängerung der Brennzeit des Funkens, siehe Fig. 2, wird mit den dick ausgezogenen Schaltungsteilen in Fig. 1 erreicht. Die Funkenbrenndauer ist bei dieser Einrichtung hauptsächlich durch den Energieinhalt der Drossel und den Widerstand der Funkenstrecke bestimmt. Man kann auch sagen, daß sich an der Kerze die zum Brennen des Funkens notwendige Spannungshöhe automatisch einstellt.
Damit wird ein hoher Funkenstrom so lange aufrechterhalten bis der Energieinhalt der Drossel DR aufgebraucht ist. Charakteristisch ist die Konzentration der Funkenenergie in der Nähe des Funkenkopfes. Ein "Ausblasen" des Funkens wird verhindert. Die notwendige Zündenergie und die gewünschte Charakteristik des Funkenstromes sind durch die Dimensionierung des Kondensators C2 und der Drossel DR einfach zu erreichen. Dagegen ist die Erhöhung der Ladespannung des Kondensators C2 (auch von Kondensator C1) in ihrem Nutzen begrenzt. Sie führt bei herkömmlichen Zündspulen nur zu einer Steigerung der Verluste.
In einer Zündung, entsprechend dem in Fig. 1 skizzierten Beispiel, sind uneingeschränkt die Vorteile der HKZ, s.o., mit einer ausreichend langen, effektiven Funkenbrennzeit vereint. Die Leistungsanpassung zwischen Elektronik und Zündspule wird begünstigt.
Mit der beschriebenen Einrichtung können Zündanlagen realisiert werden, die a) eine sehr hohe nutzbare Energie in die Funkenstrecke einbringen, b) den Funkenstrom in einer gewünschten zeitlichen Charakteristik dosieren.
Diese Vorteile bedeuten Verbesserungen im Betriebsverhalten des Motors. Ebenfalls werden günstige Auswirkungen bezüglich der Umweltbelastung und der Energieeinsparung erreicht.
Der beschriebene Funkengeber kann auch in mikroprozessorgesteuerten Kennfeld-Zündanlagen und in Verbindung mit Katalysatoren vorteilhaft eingesetzt werden. Er ist auch geeignet, den Entflam mungsschwierigkeiten des Magerkonzeptes zu begegnen.

Claims

Patentansprüche Zündfunkenerzeuger für Ottomotoren nach Fig. 1 mit einem vor der Erzeugung des Zündfunkens aufladbaren Kondensator (C2), der zum Erzeugen des Zündfunkens durch einen Schalter (TH) an die Zündspule (ZS) anschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C2) mit einer Induktivität (DR) in Reihe geschaltet ist.
2. Zündfunkenerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C1) vorhanden ist, der nach seiner Aufladung durch den Schalter (TH) unmittelbar an die Zündspule (ZS) anschaltbar ist.