EP0181961B1 - Impulsoszillatorzündung für Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Impulsoszillatorzündung für Verbrennungskraftmaschinen Download PDF

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EP0181961B1
EP0181961B1 EP84114100A EP84114100A EP0181961B1 EP 0181961 B1 EP0181961 B1 EP 0181961B1 EP 84114100 A EP84114100 A EP 84114100A EP 84114100 A EP84114100 A EP 84114100A EP 0181961 B1 EP0181961 B1 EP 0181961B1
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ignition system
ignition
capacitor
winding
primary winding
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EP84114100A
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EP0181961A1 (de
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Bernard Hue
Frithjof Müller
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MULLER FRITHJOF
Original Assignee
MULLER FRITHJOF
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/01—Electric spark ignition installations without subsequent energy storage, i.e. energy supplied by an electrical oscillator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/10—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having continuous electric sparks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression

Definitions

  • the invention relates to an ignition system for an internal combustion engine with a capacitor and an ignition coil, which comprises a primary winding connected to an ignition current switching unit and a secondary winding connected to the primary winding in an autotransformer series circuit.
  • an ignition system of this type is known from "The great book of automotive electrics", 1973, pages 136 to 142.
  • the primary winding of the ignition coil which is designed as an autotransformer, is connected in series to an interrupter contact to a battery.
  • the breaker contact opens, the current in the primary winding is suddenly interrupted, as a result of which a high voltage is induced in the secondary winding of the ignition coil.
  • a capacitor is connected in parallel to the interrupter contact, which stores the opening induction voltage which arises when the contact opens until the distance between the contacts of the opening interrupter is so large that no arc arises at the interrupter contact.
  • an ignition system is known from US-A-2,981,865, whose ignition transformer comprises a plurality of primary windings in addition to a secondary winding.
  • One of the primary windings together with a capacitor, forms the output resonant circuit of a transistor oscillator operating as a blocking oscillator.
  • Another primary winding forms a feedback winding for the oscillator.
  • the blocking oscillator is controlled by an interrupter contact and oscillates as long as the interrupter contact is closed, the alternating magnetic field of its output circuit inducing high-voltage oscillations in the secondary winding.
  • the capacitor is connected on the high voltage side to the secondary winding to form a pulse oscillator and the series connection of primary winding and secondary winding is connected in parallel. Based on the series connection of the windings, the capacitor forms a parallel resonance circuit whose resonance oscillations increase the high voltage induced on the secondary side when the primary current is interrupted. Charging and discharging take place here via separate lines.
  • the capacitor does not directly bridge a spark gap, but its circuit closes via a primary electrolytic capacitor of the ignition coil or via the vehicle electrical system (battery).
  • the primary winding of the ignition coil is charged with a negative current potential by the charging current of the capacitor lying parallel to the primary and secondary windings, which accelerates the magnetic field breakdown and thus induces a higher voltage on the secondary side. This process is repeated until a flashover occurs on the respective discharge route or routes.
  • the ignition system can include an attenuator, which allows the duration of the ignition current to be extended.
  • Another capacitor can be connected to the primary winding parallel to the arcing distance of the distributor, which leads to a further increase in the ignition voltage and to an almost complete reduction of the magnetic field during the ignition process.
  • a tunable voice coil is provided parallel to the primary winding. With the spark plug tuning plug, the impedance of the spark plug of the ignition system is adjusted.
  • the efficiency of the ignition system is determined by the ignition coil and the pulse oscillator, wherein a tunable coil 19, the inductance of which can be changed by changing the position of its core 21, allows adaptation to the respective requirement.
  • a capacitor 32 is charged from a point 29 via a line 31, a point 16 and a line 15 to the ignition lock from the battery.
  • a control signal from a control device (contacts) via a line 34 to a switching unit 35
  • the negative side of the capacitor 32 is connected via a line 31, a point 30, a line 33, the switching unit 35 and a line 8 with connection points 20 and 36 the coil 19 and the primary winding 5 connected.
  • line 3 leads the current back via points 17 and 16 of lines 15 and 2 to the positive plate of capacitor 32.
  • a magnetic field is built up in the cores 10 and 21 by the current flow in the primary winding 5 and the coil 19.
  • the charging current is interrupted and the magnetic field begins to collapse in both cores 10, 21.
  • an oppositely directed voltage builds up in the windings 5, 22 and the coil 5.
  • a capacitor 7 is now charged from a point 23 of a line 25 and a point 24 of a line 9.
  • An arc is formed from the current of the candle capacity. This has the consequence that the voltage at the candle breaks down (up to about 50 V).
  • the current now starting from the capacitor 12 via the arc path of the distributor finger 40 and the capacitor 7 via a line 37, the connection point 44 of a candle adapter plug 50, a Winding 45 to connection point 46 ensures that the arc is maintained at the candle with the highest energy.
  • the current flowing in the spark plug tuning plug 50 is then in turn braked by an oppositely directed voltage, which can be influenced by a core 48 in a carrier 47 in such a way that the current flows simultaneously from the deposits on the capacitors 12 and 7 and the secondary winding 22 via ground 29 , the line 31, the capacitor 32, the line 2, the point 16 of the line and 2, the points 1 and 17, the lines 3, 6 and 11 in the coil 19 and the primary winding 5 and the capacitors 7 and 12 flows back.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Kondensator und einer Zündspule, die eine an eine Zündstrom-Schalteinheit angeschlossene Primärwicklung und eine in einer Spartransformator-Serienschaltung mit der Primärwicklung verbundene Sekundärwicklung umfaßt.
  • Eine Zündanlage dieser Art ist aus "Das große Buch der Kfz-Elektrik", 1973, Seiten 136 bis 142, bekannt. Bei dieser Zündanlage ist die Primärwicklung der als Spartransformator ausgebildeten Zündspule in Serie zu einem Unterbrecherkontakt an eine Batterie angeschlossen. Beim Öffnen des Unterbrecherkontakts wird der Strom in der Primärwicklung schlagartig unterbrochen, wodurch in der Sekundärwicklung der Zündspule eine Hochspannung induziert wird. Dem Unterbrecherkontakt ist ein Kondensator parallelgeschaltet, der die beim Öffnen des Kontakts entstehende Öffnungsinduktionsspannung so lange aufspeichert, bis der Abstand der Kontakte des sich öffnenden Unterbrechers so groß ist, daß kein Lichtbogen an dem Unterbrecherkontakt entsteht.
  • Zur Verbesserung der Zündung ist es ferner bekannt (EP-A-0 018 620, Fig. 1) parallel zur Zündfunkenstrecke und Überschlagstrecke einen Kondensator gegen Masse parallelzuschalten. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil eines zu langsamen Spannungsanstieges. Dies ist in der Impedanz des langen Stromwegs begründet, auf dem das hochfrequente Stromsignal über das weitverzweigte Gußstück des Motorblocks geführt werden muß. Insbesondere wird bei der bekannten Zündanlage der Lade- und Entladevorgang über einen durch einen Serienschwingkreis gebildeten Strompfad geführt.
  • Aus der US-A-2,981,865 ist schließlich eine Zündanlage bekannt, deren Zündtransformator neben einer Sekundärwicklung mehrere Primärwicklungen umfaßt. Eine der Primärwicklungen bildet zusammen mit einem Kondensator den Ausgangsschwingkreis eines als Sperrschwinger arbeitenden Transistoroszillators. Eine weitere Primärwicklung bildet eine Rückkopplungswicklung für den Oszillator. Der Sperrschwinger wird von einem Unterbrecherkontakt gesteuert und schwingt solange der Unterbrecherkontakt geschlossen ist, wobei das magnetische Wechselfeld seines Ausgangskreises Hochspannungsschwingungen in der Sekundärwicklung induziert.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zündanlage zu schaffen, die trotz sehr einfacher Schaltung eine hohe oszillierende Zündspannung erzeugt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bildung eines Impulsoszillators der Kondensator hochspannungsseitig mit der Sekundärwicklung verbunden und der Serienschaltung aus Primärwicklung und Sekundärwicklung parallelgeschaltet ist. Der Kondensator bildet, bezogen auf die Serienschaltung der Wicklungen, einen Parallelresonanzkreis, dessen Resonanzschwingungen bei der Unterbrechung des Primärstroms die sekundärseitig induzierte Hochspannung erhöhen. Ladung und Entladung erfolgen hierbei über getrennte Leitungen. Insbesondere überbrückt der Kondensator nicht direkt eine Funkenstrecke, sondern sein Stromkreis schließt sich über einen primären Elektrolytkondensator der Zündspule bzw. über das Bordnetz (Batterie).
  • Bisherige Versuche und Messungen haben gezeigt, daß auch extrem magere Kraftstoff-LuftGemische einwandfrei gezündet werden können. Die Schadstoffe im Abgas werden somit maximal reduziert und Brennkraftmaschinen können ohne Zündaussetzer im Magerbereich betrieben werden.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird die Primärwicklung der Zündspule durch den Ladestrom des zur Primär- und Sekundärwicklung parallel liegenden Kondensators mit einem negativen Strompotential beaufschlagt, welches den magnetischen Feldabbau beschleunigt und somit eine höhere Spannung sekundärseitig induziert. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis ein Überschlag an der oder den jeweiligen Entladungsstrecken stattfindet.
  • Im Unterschied zu bisherigen Konstruktionen, kann die Zündanlage ein Dämpfungsglied umfassen, welches es gestattet, die Dauer des Zündstroms zu verlängern.
  • Parallel zur Überschlagstrecke des Verteilers kann ein weiterer Kondensator mit der Primärwicklung verbunden sein, was zu einer weiteren Anhebung der Zündspannung und zum fast restlosen Abbau des Magnetfelds während des Zündvorgangs führt.
  • Um einen hohen Wirkungsgrad der Stromübertragung an der Uberschlagstrecke des Verteilers zu ermöglichen und hiermit eine maximale Füllung dieses weiteren Kondensators zu gewährleisten, ist es notwendig, die Katodenfläche des Verteilerfingers mit Metall, welches eine geringe Austrittsarbeit entgegensetzt, zu beschichten.
  • Damit die Impedanz der Impulsoszillator-Zündanlage den jeweiligen Erfordernissen der zum Zündkerzenabstimmstecker führenden Übertragungsteile angepaßt werden kann, ist eine abstimmbare Schwingspule parallel zur Primärwicklung vorgesehen. Mit dem Zündkerzenabstimmstecker wird die Impedanz der Zündkerze der Zündanlage angepaßt.
  • Es hat sich erwiesen, daß für die Energieversorgung niederohmischer Zündspulen oder Zündtransformatoren ein Elektrolytkondensator bestimmter Größe gegen Masse notwendig ist. Hierdurch wird bei Erreichen des maximalen Lade-Endstromes der Zündspule ein Abfallen der Ladespannung unterbunden, so daß ein höherer Energiebetrag in der Zündspule magnetisch abgespeichert werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß als Impulsoszillator ausgebildeten Zündanlage;
    • Fig. 2 eine Impulsoszillator-Zündanlage gemäß Fig. 1 unter Einbeziehung der Uberschlagstrecke eines Zündverteilers, wobei ein Kondensator 12 als Speicherelement herangezogen wird.
    • Fig. 3 eine Zündanlage gemäß Fig. 1, wobei ein Widerstand 42 bestimmter Größe und Induktivität sowie Kapazität als Dämpfungsglied herangezogen wird;
    • Fig. 4 eine Zündanlage gemäß Fig. 1, bei der ein Elektrolytkondensator 32 für die Bereitstellung von hoher Energie sorgt;
    • Fig. 5 eine Variante der Zündanlage gemäß Fig. 1, bei der die Schalteinheit an die Plusseite (+) der Zündspule verlegt ist;
    • Fig. 6 die Zündanlage gemäß Fig. 5 mit einem Elektrolytkondensator gemäß Fig. 4 für Energiebereitstellung;
    • Fig. 7 eine Impulsoszillator-Zündanlage gemäß Fig. 2, jedoch mit einem Elektrolytkondensator 32 gemäß Fig. 4 und einer abstimmbaren Schwingspule 19 zur Änderung der Funkenstandzeit;
    • Fig. 8 einen Verteilerfinger, dessen Katodenfläche 26 mit Selen oder anderen Halbleitern beschichtet ist, um eine möglichst hohe Stromführung im Lichtbogen zu erreichen und
    • Fig. 9 einen Zündkerzenabstimmstecker, bei welchem mittels Ferritkern 48 die Induktivität einer aus Widerstandsdraht gewickelten Anpaßspule an die Impedanz der Zündkerze an die Zündanlage angepaßt werden kann.
  • Die Fig. 1 bis 6, 8 und 9 zeigen Prinzipschaltbilder und Details der im einzelnen in Fig. 7 dargestellten Impulsoszillator-Zündanlage, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.
  • Der Wirkungsgrad der Zündanlage wird durch die Zündspule und den Impulsoszillator bestimmt, wobei eine abstimmbare Spule 19, deren Induktivität durch Positionsänderung ihres Kernes 21 änderbar ist, eine Anpassung an den jeweiligen Bedarf erlaubt. Beim Einschalten des Zündstromes wird ein Kondensator 32 von einem Punkt 29 über eine Leitung 31, einen Punkt 16 und eine Leitung 15 zum Zündschloß von der Batterie aufgeladen. Durch Anlegen eines Steuersignales aus einem Steuergerät (Kontakte) über eine Leitung 34 an eine Schalteinheit 35 wird die negative Seite des Kondensators 32 über eine Leitung 31, einen Punkt 30, eine Leitung 33, die Schalteinheit 35 und eine Leitung 8 mit Anschlußpunkten 20 und 36 der Spule 19 und der Primärwicklung 5 verbunden. Von den Punkten 18 und 4 führt eine Leitung 3 den Strom über die Punkte 17 und 16 der Leitungen 15 und 2 zur positiven Platte des Kondensators 32 zurück. Durch den Stromfluß in der Primärwicklung 5 und der Spule 19 wird ein Magnetfeld in den Kernen 10 und 21 aufgebaut. Durch Änderung des Steuersignals wird in der Primärwicklung 5 und der Spule 19 der Ladestrom unterbrochen und das Magnetfeld beginnt in beiden Kernen 10, 21 zusammenzubrechen. Dieses hat zur Folge, daß sich eine entgegengesetzt gerichtete Spannung in den Wicklungen 5,22 sowie der Spule 5 aufbaut. Jetzt wird von einem Punkt 23 einer Leitung 25 und einem Punkt 24 einer Leitung 9 ein Kondensator 7 aufgeladen. Der dadurch entgegengesetzt über eine Leitung 6, einen Punkt 1, die Leitung 2, den Punkt 16 der Leitung 15 an Punkt 17 und über die Leitung 3 zu Punkt 4 und 18 fließende Strom beschleunigt den Feldabbau in den Kernen 10 und 21. Hiermit wird in den Wicklungen 5,22 die Spannung erhöht. Beim Erreichen der Überschlagsspannung an einer Kathode 26 einer Überschlagstrecke 14 des Verteilers über eine Leitung 25 bildet sich ein hochenergetischer Lichtbogen aus, der seinerseits über die Anode 27, einen Punkt 28, eine Leitung 13 einen Kondensator 12 auflädt. Der über eine Leitung 11 und den Punkt 1, die Leitung 2, die Punkte 16 und 17 der Leitungen 15 und 3 zu den Punkten 4 und 18 fließende Strom ruft in der Spule 5 und den Wicklungen 5, 22 einen stark beschleunigten Feldabbau hervor. Dieses setzt sich so lange fort, bis der durch die Zündkerze gebildete Kondensator so weit aufgeladen ist, daß die Strecke zwischen den Elektroden ionisiert ist. Es bildet sich ein Lichtbogen aus dem Strom der Kerzenkapazität. Dieses hat zur Folge, daß die Spannung an der Kerze zusammenbricht (bis ca. 50 V) Der nun einsetzende Strom aus dem Kondensator 12 über die Lichtbogenstrecke des Verteilerfingers 40 und dem Kondensator 7 über eine Leitung 37, den Anschlußpunkt 44 eines Kerzenanpaßsteckers 50, eine Wicklung 45 zum Anschlußpunkt 46 sorgt für Aufrechterhaltung des Lichtbogens an der Kerze mit höchster Energie. Der in dem Zündkerzenabstimmstecker 50 fließende Strom wird nun seinerseits durch eine entgegengesetzt gerichtete Spannung gebremst, welche sich durch einen Kern 48 in einem Träger 47 derart beeinflussen läßt, daß der Strom gleichzeitig von den Belägen der Kondensatoren 12 und 7 sowie der Sekundärwicklung 22 über Masse 29, die Leitung 31, den Kondensator 32, die Leitung 2, den Punkt 16 der Leitung und 2, die Punkte 1 und 17, die Leitungen 3, 6 und 11 in die Spule 19 und die Primärwicklung 5 sowie die Kondensatoren 7 und 12 zurückfließt.

Claims (4)

1. Zündanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Kondensator (7) und einer Zündspule, die eine an eine Zündstrom-Schalteinheit (35) angeschlossene Primärwicklung (5) und eine in einer Spartransformator-Serienschaltung mit der Primärwicklung (5) verbundene Sekundärwicklung (22) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines lmpulsoszillators der Kondensator (7) hochspannungsseitig mit der Sekundärwicklung (22) verbunden und der Serienschaltung aus Primärwicklung (5) und Sekundärwicklung (22) parallel geschaltet ist.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärwicklung (5) eine abstimmbare Spule (19) parallel geschaltet ist.
3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Sekundärwicklung (22) mit einer Zündkerze ein Zündkerzenstecker (50) vorgesehen ist, der in einem Tragkörper (47) eine Wicklung (45) mit einem einstellbaren Kern (48) enthält.
4. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei an die Sekundärwicklung ein Überschlagsverteiler (14) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Überschlagsverteiler ein Widerstand (42) nachgeschaltet ist und daß der Serienschaltung aus Primärwicklung (5) und Sekundärwicklung (22) ein weiterer Kondensator unter Einschluß der Uberschlagsstrecke des Überschlagsverteilers (14) und des Widerstands (42) parallel geschaltet ist.
EP84114100A 1984-11-22 1984-11-22 Impulsoszillatorzündung für Verbrennungskraftmaschinen Expired EP0181961B1 (de)

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EP0181961A1 EP0181961A1 (de) 1986-05-28
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