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Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen
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Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen
mit einer Zündspule und mit einem in Serie zur Primärwicklung der Zündspule und
einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Batterie, liegenden Unterbrecher
und mit Schalteinrichtungen zum Anheben des Maximalwertes des bei geschlossenem
Unterbrecher durch di-e Primärwicklung fliessenden Stromes bei einem Kaltstart.
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Bekanntlich wird bei einem Kaltstart eine erhöhte Zündspannung benötigt,
da einerseits die Austrittsarbeit für die Elektronen an den Zündkerzen höher ist
als bei warmen Zündkerzen und da ausserdem durch ein Beschlagen von Teilen der Zündanlage
bei abgestelltem Fahrzeug mit dem vermehrten Auftreten von Nebenschlüssen zu rechnen
ist. Darüber hinaus besitzt auch das zu zündende Gemisch bis zum Erreichen der Betriebstemperatur
und der Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine im allgemeinen keine optimale Zusammensetzung.
Damit auch unter diesen erschwerten Bedingungen ein einwandfreies Anlaufen der Brennkraftmaschine
erfolgt, ist es bekannt, eine sogenannte Startanhebung durchzuführen, die darin
besteht, dass ein Serienwiderstand im Primärstromreis der Zündspule für die Dauer
des
Anlassvorganges kurzgeschlossen wird, um so einen erhöhten Strom
durch die Primärwicklung der Zündspule zu erreichen bzw.
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um zumindest einen Ausgleich dafür zu schaffen, dass die möglicherweise
nicht voll geladene Batterie während des Startvorganges durch den Anlasser derart
belastet wird, dass ihre Klemmenspannung erheblich absinkt.
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Es hat sich gezeigt, dass die bekannte Nassnahme der Startanhebung
zwar zu einer Verbesserung der Kaltstartsicherheit von Brennkraftmaschinen führt,
jedoch in vielen Fällen nicht ausreicht, um nach Beendigung des Anlassvorgangs ein
einwandfreies Weiterlaufen der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
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Besonders bei tiefen Aussentemperaturen, die zu einem entsprechenden
Absinken der Leistungsfähigkeit der Batterie führen, ergibt sich nämlich auch bei
Zündeinrichtungen mit Startanhebung häufig der Fall, dass die Brennkraftmaschine
zwar zunächst anspringt, dann jedoch, nachdem der zuvor kurzgeschlossene Serienwiderstand
im Primärstromkreis wieder wirksam ist, aufgrund von Zündaussetzern stehenbleibt.
In diesem Fall ist dann ein erneuter Startversuch häufig schwieriger als der erste
Kaltstart und gelegentlich sogar erfolglos.
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Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend erläuterten Problematik
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen
anzugeben, welche nicht nur während des Anlassvorganges sondern auch nach dem Anlaufen
der Brennkraftmaschine einen erhöhten Strom im Primärkreis und die damit eine erhöhte
Zündenergie auf der Sekundärseite der Zündspule bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Zündeinrichtung der eingangs beschriebenen
Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die
Schalteinrichtungen
in hängigkeit von der Motorter'.peratur und/oder der Motordrehzahl steuerbar sind,
bzw. in Abha'nrjigkeit von der mit der Motortemperatur verknüpften Schaltcerättermperatur.
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Gemäss der Erfindung wird also im Prinzip die bekannte Massnahme der
Startanliebung nicht mit dem Ende des Anlassvorganges beendet, sondern erst dann,
wenn eine vorgegebene Motortemperatur und vorzugsweise zusätzlich eine vorgegebene
Drehzahl des Motors erreicht sind, die vorzugsweise etwas hoher als die Leerlaufdrehzahl
ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass unter den schwierigen Betriebsbedingungen
beim Warmlaufen einer Brennkraftmaschine eine erhöhte Zündenergie zur Verfügung
gestellt wird, bis sich die relevanten Betriebsbedingungen auf Werte eingependelt
haben, die auch hinsichtlich der Zündeinrichtungen das Umschalten auf Normalbetrieb
gestatten.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtungen einen Schalter aufweisen,
der in einem Parallelzweig zu'einem- in Serie zu der Primärwicklung liegenden Widerstand
angeordnet ist. Diese Ausführungsform einer Zündeinrichtung gemäss der Erfindung
entspricht weitgehend der Ausgestaltung der bekannten Zündeinrichtungen mit Startanhebung,
jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, dass die Beendigung der Überbrückung des
Serienwiderstandes nicht mehr in Abhängigkeit von der Beendigung des Anlassvorganges
erfolgt.
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Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die Schalteinrichtungen
einen Schalter aufweisen, der in einem Parallelzaleig zum Unterbrecher angeordnet
ist. Bei dieser Ausgestaltung wird der Primärwicklung während des Warmlaufens des
Motors , da dem
kleinen Widerstand, den der Unterbrecher in geschlossenem
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leitendem Zustand darstellt, noch ein weiterer kleiner Widerstand
parallelgeschaltet wird, ein höherer Strom als während des Normalbetriebes aus.der
Gleichstromquelle zugeführt, um die auf der Sekundärseite der Zündspule zur Verfügung
stehende Zündenergie zu erhöhen.
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Wenn es sich bei der Zündeinrichtung um eine Zündeinrichtung mit Begrenzungseinrichtungen
für die Begrenzung des bei gcschlossenem Unterbrecher durch die Primärwicklung fliessenden
Stroms auf einen Maximalwert handelt, ist es in Ausgestaltuna der Erfindung ferner
vorteilhaft, wenn die Schalteinrichtungen derart ausgebildet sind, dass die Ansprechschwelle
der Begrenzungseinrichtungen mit ihrer Hilfe im Sinne einer Erhöhung des zulässigen
Maximalwerts des Stroms durch die Primärwicklung veränderbar ist. Diese Ausgestaltung
ermöglicht die Verwirklichung der Erfindung auch bei komplizierteren Zündeinrichtungen,
bei denen Begrenzungseinrichtungen für den Strom im PrimQrkreis vorgesehen sind.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Schalteinrichtungen einen Umschalter aufweisen,
mit dessen Hilfe die dem Primärstrom proportionale Spannung im Normalfall an einem
Ende eines Überwachungswiderstandes abgreifbar ist, während eine mit dem Primärstrom
durch einen anderen Proportionalitatsfaktor verknüpfte Spannung während der Startphase
an einem Abgriff dieses Überwachungswiderstandes abgreifbar ist, der zu diesem Zweck
beispielsweise als Potentiometer ausgebildet sein kann oder auch als Serienschaltung
zwei diskreter Teilwiderstände.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner günstig, wenn gleichzeitig
mit der Anhebung des Stroms im primärkreis bei denjenigen Zündeinrichtungen, bei
denen der Unterbrecher durch einen Transistor gebildet wird und bei denen parallel
zur
Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors zwei Zenerdioden vorgesehen
sind, die eine Zenerdiode während der Startphase überbrückbar ist, um die Nollektor-Emitter-Spannung
auf einen niedrigeren Wert als bei Normalbetrieb zu begrenzen.
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Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass trotz des erhöhten Primärstromes,
der im Zündzeitpunkt unterbrochen wird, aufgrund der in geeignetem Maße abgesenkten
Zenerspannung, die gleiche Sekundärspannung erhalten wird wie bei Normalbetrieb,
aber der Innenwiderstand der Zündanlap,e abgesenkt wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen noch naher erläutert und/c~er sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es zeigen: Fig. 1a und ib schematische Strom-Zeit-Diagramme zur Erläuterung des
zeitlichen Verlaufs des Stroms durch die Primärwicklung der Zündspule einer Zündeinrichtung
gemäss der Erfindung; Fig. 2a und 2b Teil-Schaltbilder von Zündeinrichtungen gemss
der Erfindung mit Einrichtungen zur Reduzierung der Primärspannung und Fig. 3a bis
3c schematische Teil-Schaltbilder bevorzugter Ausführungsformen von Zündeinrichtungen
gemäss der Erfindung.
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Im einzelnen zeigt Fig. 1 den zeitlichen Verlauf des Primärstroms
I, d.h. des Stroms in der Primärwicklung der Zündspule einer Zündeinrichtung gemäss
der Erfindung, über der Zeit t in Form einer Kurve a, während der zeitliche Verlauf
des Primärstroms
bei einer üblichen Zündeinrichtung (ohne Startanhebung!)
durch eine zweite Kurve b dargestellt ist. Man erkennt, dass der Maximalwert des
Stroms Iå bei der Kurve a zum Zündzeitpunkt t wesentlich höher ist als der Maximalwert
des Stromes Ib gemäss Kurve b. Aufgrund des höheren Stromes I wird auf der Sekundärseite
der Zündspule einer Zündeinrichtung gemäss der Erfindung eine entsprechend höhere
Zündleistung zur Verfügung gestellt, die auch unter ungünstigen Bedingungen, d.h.
bei kalten Elektroden, bei Nebenschlüssen in der Zündanlage und bei ungünstiger
Gemischzusammensetzung ein sicheres Zünden des Gemisches ermöglicht.
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In Fig. ib ist der zeitliche Verlauf des Primärstroms in scheinatisierter
Form für eine Zündeinrichtung mit PrimärstronDegrenzung dargestellt. Bei einer solchen
Zündeinrichtung erfolgt die Unterbrechung des Primärstroms bei einem vorgegebenen
Maximalwert desselben. Erfindungsgemäss kann nun, wie dies in Verbindung mit Fig.
3b bis 3e näher erläutert ist, die Strombegrenzung so ausgelegt werden, dass während
der Startphase die Begrenzung erst bei einem Strom 1a nach einer Zeit ta einsetzt,
während im Normalbetrieb die Begrenzung bereits nach einer Zeit tb bei einem Strom
1b erfolgt.
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Fig. 2a und 2b zeigen Ausschnitte aus Schaltbildern bevorzugter Ausführungsformen
von Zündeinrichtungen gemäss der Erfindung mit einem Unterbrecher in Form eines
Transistors 10, welchem zur Begrenzung der primärseitigen Spannung ein Parallelzweig
zugeordnet ist, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2a zwei Zenerdioden
12,14 und einen Widerstand 16 enthält. Dabei liegen die Zenerdioden 12,14 zwischen
dem Kollektor und der Basis des (npn)-Transistors 10, während der Widerstand 16
zwischen
der Basis und dem Emitter des Transistors 10 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung
wird der Parallelzweig im Normalbetrieb leitend, sobald die Spannung über der Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 10 einen durch die Serienschaltung der Zenerdioden 12,14 vorgegebenen
Wert übersteigt.
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Das Fliessen eines Stromes in dem Parallelzweig hat nun zur Folge,
dass der zuvor gesperrte Transistor 10 soweit leitend gesteuert wird, dass ein weiterer
Anstieg der Primärspannung verhindert und folglich eine entsprechend begrenzte Sekundärspannung
erzeugt wird. Damit nun auch während der Startphase bei erhöhtem Primärstrom und
erhöhter Energie des Primärkreises die Sekundärspannung nicht über einen vorgegebenen
Wert ansteigt, was ohne besondere Vorkehrungen der Fall wäre, ist ein weiterer Transistor
18, und zwar ein npn-Transistor, vorgesehen, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel
zu' der Zenerdiode 14 liegt und der während der Startphase im leitenden Zustand
gehalten wird, d.h während derjenigen Zeit, in der die mit der Zündeinrichtung ausgerüstete
Brennkraftmaschine eine vorgegebene rW'otOrtemperatur a und eine vorgegebene Drehzahl
n noch nicht erreicht hat.
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Um anzudeuten, dass die Steuerung des Transistors 18 in Abhängigkeit
von der Drehzahl n und der Temperatur erfolgt, sind an dessen Basisanschluss die
Buchstaben n und » angeschrieben, wie dies auch bei den übrigen Anschlüssen, in
Fig. 2b und Fig. 3a bis 3, die in Abhängigkeit von Drehzahl und Temperatur angesteuert
werden, geschehen ist. Dabei wurde zur Erhöhung der tibersichtlichkeit der Zeichnungen
darauf verzichtet, die entsprechenden Meßsonden und Signalaufbereitungseinrichtungen,
wie Verstärker, Impulsformer und dergleichen, darzustellen, die in üblicher Weise
ausgebildet werden können.
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Bei der Schaltung gemäss Fig. 2a wird der Transistor 18 gesperrt,
sobald entweder die ,Motordrehzahl oder die otortemperatur bzw. Schaltgerätetemperatur
ihren vorgegebenen Grenzwert erreicht bzw. überschritten haben, woraufhin dann während
des Normalbetriebes der Zündeinrichtung die Serienschaltung der beiden Zenerdioden
12,14 die nunmehr erhöhte Schwelle für die Begrenzungseinrichtungen bestimmt.
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Die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2b unterscheidet sich von derjenigen
gemäss Fig.. 2a lediglich dadurch, dass die Serienschaltung der Zenerdioden 12,14
und des Widerstandes 16 nicht unmittelbar parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 10 liegt, sondern parallel zu einem Widerstand 20 eines Spannungsteilers
aus den widerständen 20 und 22, Wobei dieser Spannungsteiler parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 10 geschaltet ist und dazu dient, an der Serienschaltung der Zenerdioden
12,14 und des Widerstandes 16 nur einen Bruchteil der Primärspannung wirksam werden
zu lassen.
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In dem Teil-Schaltbild gemäss Fig. 3a ist die Serienschaltung des
als Unterbrecher dienenden Transistors 10 mit der Primärwicklung 24 der Zündspule
und mit einem Vorwiderstand 26 dargestellt. Parallel zu dem Vorwiderstand 26 ist,
ähnlich wie bei bekannten Zündeinrichtungen mit Startanhebung, ein Schalter 28 vorgesehen,
welcher in Abhängigkeit von der Motortemperatur 2 und der Motordrehzahl n steuerbar
ist.
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Die Schaltung gemäss Fig. 3a ermöglicht in einfacher. Weise während
der Startphase, d.h. bis zum Erreichen einer vorgegebenen Motordrehzahl oder einer
vorgegebenen Motortemperatur,
durch Schliessen des Schalters 28
eine Absenkung des Widerstandes des Primärkreises und damit eine Erhöhung des Primärstroms.
Dabei besteht gegebenenfalls die Möglichkeit, als Schalter 28 einen bereits für
die Startanhebung vorhandenen Schalter zusätzlich in Abhängigkeit von der Drehzahl
und der Temperatur zu steuern, wobei das sofortige, zwangsläufige Schliessen des
Schalters 28 bei Beginn eines Anlassvorganges, beispielsweise über den Zündschalter,
insofern günstig ist, als die Steuerung des Schalters 28 durch die erfindungsgemässen
Schalteinrichtungen erst dann übernommen werden muss, wenn sich die Signale der
Messfühler und Signalerzeugungseinrichtungen stabilisiert haben.
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Bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 3b handelt es sich um einen
Teil einer Zündeinrichtung mit Begrenzungseinrichtungen für die Begrenzung des bei
geschlossenem Unterbrecher durch die Primärwicklung fliessenden Stroms auf einen
Raxiralwert, wobei das Vorliegen dieses laxirLlalwerts des Primärstroms als Spannung
über einem Uberwachungswiderstand 30 ermittelt wird.
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Der Überwachungswiderstand 30 liegt in Serie zu dem Transistor 10
und der Primärwicklung 24 im Primärstromkreis und wird in üblicher Weise gesteuert.
Parallel zu dem Transistor 10 liegt ein weiterer Transistor 32, der in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl n und der vsotortemperatur 2 steuerbar ist. Ausserden ist
ein in Abhängigkeit von diesen beiden Parametern steuerbarer Umschalter 34 vorgesehen,
dessen Schaltkontakt während der Startphase an einen Abgriff 36 des Uberwachungswiderstandes
30 anlegbar ist - diese Schalterstellung zeigt Fig. 3b - und der während des Normalbetriebes,
d..h. nach Erreichen einer vorgegebenen Motortemperatur oder -drehzahl in üblicher
Weise an einen Endanschluss 38 des überwachungswiderstandes 30 anlegbar ist.
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Man erkennt, dass bei der Schaltung gemass pig. 3b während der Startphase
die Höhe des Ahschaltstromes in Abhängigkeit von Elotortemperatur und -drehzahl
gegenüber dem Nonnalbetrieb veränderbar sind.
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Bei der Schaltungsvariante gemass Fig. 3c ist wieder ein Umschalter
34 vorgesehen, es fehlt jedoch gegenüber der Ausqemass Fig.
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führungsiorm/3b der Transistor 32, so dass lediglich der Zeitpunkt
der Unterbrechung des Primärkreises in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Motortemperatur
gesteuert wird.
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Bei der Schaltungsvariante gemäss Fig. 3d ist dem als Unterbrecher
dienenden Transistor 10, der wieder in Serie zu der Primärwicklung 24 und dem Überwachungswiderstand
30 liegt, eine Basisstromguelle 40 zugeordnet, die durch eine Strombegrenzungsschaltung
42 steuerbar ist, welcher ausser der Spannung über dem Überwachungswiderstand 30
ein von der Motortemperatur und -drehzahl abhängiges Steuersignal zuführbar ist.
Die Strombegrenzungsschaltung 42 ist dabei so ausgebildet, dass sie den Transistor
10 bzw. dessen Basisstrom während des Normalbetriebes der Brennkraftmaschine in
üblicher Weise steuert und während der Startphase einen erhöhten Maximalwert des
durch die Primärwicklung 24 fliessenden Stromes ermöglicht. Auf eine detaillierte
Erläuterung der Begrenzungsschaltung 42 wird dabei an dieser Stelle bewusst verzichtet,
da sich für den Fachmann, ausgehend von den bekannten Begrenzungseinrichtungen,
mit ihrem im allgemeinen mehrstufigen Aufbau, zahlreiche Möglichkeiten bieten, diese
Schaltungen zur Verwirklichung der Prinzipien der Erfindung abzuwandeln.
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Die Schaltung gemäss Fig. 3e stellt im wesentlichen eine Rom bination
der Schaltungen gemäss Fig. 3b und 3d dar und bedarf insofern keiner näheren Erläuterung.
Es sei lediglich darauf hingewiesen, dass der Umschalter 34 bei dieser Schaltung
entfallen kann, da die Temperatur-Drehzahl- Information unmittelbar der Begrenzungsschaltung
42 zugeführt wird, so dass auf eine Umschaltung des wirksamen Widerstandswertes
des über wachungswiderstar,des 30 verzichtet werden kann.
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