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EP0034787B1 - Zündsystem für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Zündsystem für Brennkraftmaschinen Download PDF

Info

Publication number
EP0034787B1
EP0034787B1 EP81101085A EP81101085A EP0034787B1 EP 0034787 B1 EP0034787 B1 EP 0034787B1 EP 81101085 A EP81101085 A EP 81101085A EP 81101085 A EP81101085 A EP 81101085A EP 0034787 B1 EP0034787 B1 EP 0034787B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ignition system
transformer
transistor
voltage
transformers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP81101085A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0034787A1 (de
Inventor
Philippe Dr. Rouanes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR8003831A external-priority patent/FR2476755A1/fr
Priority claimed from FR8004557A external-priority patent/FR2477311A1/fr
Priority claimed from FR8015617A external-priority patent/FR2487014A1/fr
Priority claimed from FR8019737A external-priority patent/FR2490280A1/fr
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to AT81101085T priority Critical patent/ATE13334T1/de
Publication of EP0034787A1 publication Critical patent/EP0034787A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0034787B1 publication Critical patent/EP0034787B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices
    • F02P7/02—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of distributors
    • F02P7/03—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of distributors with electrical means
    • F02P7/035—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of distributors with electrical means without mechanical switching means
    • 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
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/06—Other installations having capacitive energy storage
    • F02P3/08—Layout of circuits
    • F02P3/0876—Layout of circuits the storage capacitor being charged by means of an energy converter (DC-DC converter) or of an intermediate storage inductance
    • F02P3/0884—Closing the discharge circuit of the storage capacitor with semiconductor devices
    • 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
    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices
    • F02P7/02—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of distributors
    • F02P7/03—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of distributors with electrical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to an ignition system for internal combustion engines, in particular gasoline engines, in motor vehicles, according to the preamble of patent claim 1.
  • the design of ignition systems for internal combustion engines increasingly has to focus on good combustion of the fuel mixture, in particular in the area of low engine speeds and lean fuel mixture compositions, in order to obtain good energy utilization and the lowest possible air pollution.
  • an ignition system for internal combustion engines in motor vehicles is known in which one or more transformers are provided to generate the ignition voltage, the primary windings of which are connected to an electronic circuit and the secondary windings of which are the spark plugs are connected.
  • the control of the transformers takes place via a chopper connected to a direct voltage or rectified alternating voltage source, which is controlled by a motor speed-dependent sensor and consequently also feeds the primary windings with alternating current depending on the motor speed.
  • GB-A 1 023 928 describes an ignition system with a transformer with a single secondary winding which is connected to the spark plugs via an interrupter which is in series with the spark plugs. Due to this series connection, the duration of the spark is determined by the rotational speed of the interrupter or distributor and in particular decreases sharply at high engine speed and thus high rotational speed of the interrupter, which can also lead to insufficient combustion values.
  • US-A3914665 does not disclose the parallel but series connection of reed relays as interrupters with spark plugs.
  • a divisional application EP-A 0 098 407 describes an ignition system in which the ignition spark is controlled by an additional winding.
  • the object of the invention is to provide an ignition system for internal combustion engines, in particular gasoline engines, in motor vehicles, by means of which a high voltage is generated at the spark plugs and in which the duration of the ignition spark, in particular in the range of low engine speeds, can be set sufficiently long.
  • the chopper is always operated at a constant frequency, the speed independent z. B. can be set via an electrical ignition circuit.
  • the electronic control circuit only controls the energy of the ignition sparks.
  • the mechanical, electromechanical or possibly also electronic interrupters connected in parallel with the secondary windings or spark plugs are, after all, the only speed-dependent and thus freely controllable elements that are actuated by sensors, which are preferably located on the camshaft or crankshaft of the internal combustion engine. This parallel connection ultimately enables any setting of the ignition sequence and ignition energy in comparison to the prior art mentioned.
  • each of the four spark plugs Z 1 to Z 4 is assigned to one of the transformers supplied by an electronic control circuit SK, which have primary windings P j to P 4 and secondary windings S j to S 4 .
  • the secondary windings S, to S 4 are connected to the electrodes of the spark plugs Z, to Z 4 and by mechanical or electrical
  • the ignition spark at the electrodes of the spark plugs Z, to Z 4 is generated by opening the mechanical or electromechanical switch I or the electronic switch p.
  • the voltage required to generate the spark at the electrodes of the spark plugs Z to Z 4 is formed.
  • the electronic switch p can be designed, for example, as an impedance or a variable resistor, which can assume controllably high or low impedance or resistance values, depending on whether ignition is desired or not.
  • the impedance can be applied to the spark plug terminals. p should be chosen so that only a small current flows.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the ignition system according to the invention, in which a transformer with a single primary winding P and a secondary winding S 1 to S 4 is used for an engine with four spark plugs Z 1 to Z 4 .
  • This enables a space-saving construction of the ignition system and an economical use of the energy.
  • Fig. 3 the ignition sequence of a four-cylinder engine is shown.
  • the ignition timing is determined, for example, by a mechanical, electromechanical or electronic switch arranged on the crankshaft of the engine.
  • the duration of the spark can be selected by the opening time of the mechanical, electromechanical or electronic switches I or p and can be determined in any way by mechanical or electromechanical devices which are coupled to other functions of the motor vehicle.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of an ignition system according to the invention.
  • the primary windings P, to P 4 of the transformers are connected in parallel to one another and are in LC resonant circuits with capacitances C 1 to C 4 .
  • One of the transformers contains an auxiliary winding H 1 , which supplies the information necessary for the operation of the electronic control circuit SK.
  • An ignition circuit ZK controls the mechanical, electromechanical or electronic switch T, z. B. a chopper.
  • An ignition spark of high voltage with high or low frequency is formed on the spark plugs Z I to Z 4 by the ignition system according to FIG. 4.
  • the magnitude of the voltage is determined by the design of the transformers and by the frequency of the chopper operated from a DC voltage or rectified AC voltage source.
  • the intensity of the ignition current is also determined on the one hand by the design of the transformers and on the other hand by the closing time of the switch T.
  • FIG. 5 shows which voltage spectrum U is generated on the secondary windings of the transformers, depending on whether the mechanical, electromechanical or electronic switches I or p are open or closed. If necessary, the secondary voltage can be rectified and filtered.
  • the ignition system with the transformers T f1 , T f2 , T fn shows in a detailed representation a circuit arrangement for an electronic control circuit.
  • the DC voltage sources + E1, -E1 there is a series circuit consisting of the emitter-collector path of a power transistor Tr and the resonant circuits C 1 -P 1 , C 2 -P 2 , C n -P N , which are connected in parallel to each other.
  • an RC series circuit R c , C e is connected to this DC voltage source.
  • the capacitor C e charges via the resistor R e .
  • the capacitor C e charges via the resistor R e .
  • the ignition voltage of the Diacs D 3 it emits a pulse which controls the power transistor Tr in a conductive manner.
  • an overvoltage occurs at the terminals of the resonant circuit P 1 -C 1 and a voltage occurs on the auxiliary winding H 1 which corresponds to the voltage on the primary winding P 1 .
  • the task of the diode D 2 is to discharge the capacitor C e whenever the transistor Tr is turned on, so that the diac D 3 is prevented from delivering a pulse to the base of the transistor Tr while the transistor Tr is blocked.
  • the arrangement consisting of the RC element R c C c , the diac D 3 and the diode D 2 can also be replaced by a pulse generator which emits only one pulse after switching on, for. B. by a monostable multivibrator or by an oscillator of very low frequency, which is locked automatically after delivery of the first pulse.
  • auxiliary voltage E2 can be from a DC voltage + E1 or by rectifying the resonant circuit voltage, which is connected to a transformer winding, for. B. is applied to a primary winding or to the winding H 1 .
  • the collector of transistor T 1 thus emits rectangular pulses which are generated by rectification and pulse shaping from the AC voltage applied to winding H 1 .
  • An RC element consisting of an adjustable resistor R 'and a capacitor C', is connected to the collector of the transistor T 1 .
  • the capacitor C ' is followed by a pulse generator P, which emits rectangular pulses as a function of the time profile of the voltage across the capacitor C'.
  • the pulse generator consists of a NAND element, which has one input directly connected to the capacitor C 'and in which an RC element R ", C' is inserted in the transmission path with negation of the input voltage.
  • a transistor circuit or The pulse generator P is followed by a transistor stage, which contains a transistor arrangement T 2 designed as a Darlington circuit.
  • This transistor stage is supplied with an auxiliary voltage Ua1, which is rectified by the auxiliary winding H 1
  • the primary winding of a transformer Tp, whose secondary winding is led to the base-emitter path of the transistor Tr, is located in the collector circuit of the transistor arrangement T 2 .
  • the control circuit Sk connected to the auxiliary winding H 1 outputs square-wave control pulses to the base of the transistor Tr. These square-wave pulses are supplied by the transistor arrangement T 2 and fed to the base of the transistor Tr via the transformer Tp.
  • the duration during which the transistor T2 is conductive is determined by the duration of the pulses emitted by the pulse generator P, which can be varied both in terms of their position in time and in terms of their duration.
  • the position in time is determined with the help of the adjustable resistor R 'so that the transistor Tr is conductive when the current passes through the primary coil P 1 .
  • the pulse duration is determined with the aid of the resistor R ".
  • the intensity of the ignition spark can be changed by varying the pulse width. The resistor R" therefore allows the ignition intensity to be controlled.
  • the voltage used to control the pulse generator P can optionally be obtained by integrating the voltage applied to the auxiliary winding H 1 , the diode ZD being replaced by an integrating element.
  • a diode D 1 is therefore arranged parallel to the collector-emitter path, which is polarized so that it is reverse-biased by the DC input voltage.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the circuit arrangement according to FIG. 6, which enables a higher degree of integration and thus a space-saving structure.
  • Corresponding components are identified by the same reference numerals.
  • CIC is an integrated circuit that takes on the necessary control function for transistor T 2 .
  • the ignition system suitable in FIG. 1 has only one transformer with a single primary winding P and corresponding secondary windings S to S 4 , to which the auxiliary winding H is assigned.
  • the advantages of the invention consist in the fact that the assembly time of the transformers is less than in the ignition systems of known design.
  • the duration of the spark can be extended and fixed as desired, the primary coil being controlled by a chopper and thus by the AC voltage. This control is independent of the engine speed.
  • the magnetic fluxes are the same in all transformers, whereby the ignition process has no influence on the primary windings.
  • the ignition spark is also constantly supplied. The energy of the ignition spark can be changed as required by the electronic control. Taken together, this results in an improved combustion of the air-fuel mixture, especially at low engine speeds.
  • the control of the ignition time is carried out by sensors (not shown in the figures), which are located at suitable points on the engine, e.g. B. are arranged on the cam or crankshaft.
  • sensors are preferably used for this, such as induction sensors, field plate sensors, photoelectric sensors, etc.
  • sensors can be used, which provide the required information, for example, for the accelerator pedal position, the current speed of the vehicle, the negative pressure in the intake manifold, the engine temperature, etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die Konstruktion von Zündsystemen für Brennkraftmaschinen muß in zunehmendem Maße auf eine gute Verbrennung des Kraftstoffgemisches und zwar insbesondere im Bereich niedriger Motordrehzahlen und magerer Kraftstoffgemisch-Zusammensetzungen abstellen, um ein gute Energieausnutzung und eine möglichst geringe Luftverschmutzung zu erhalten.
  • Mit den herkömmlichen Zündsystemen, bei denen die für die Zündung des Kraftstoffgemisches erforderliche Hochspannung durch Zündspulen und/oder durch kapazitive Vorrichtungen erzeugt und an den Zündkerzen ein exponentiell abnehmbarer Zündfunken angelegt wird, sind diese Forderungen nicht in ausreichendem Maße erfüllt.
  • Durch die DE-AS 2 846 425 und die hierzu prioritätsbegründende FR-A2407362 ist ein Zündsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem zur Erzeugung der Zündspannung ein oder mehrere Transformatoren vorgesehen sind, deren Primärwicklungen an einen elektronischen Schaltkreis angeschlossen und deren Sekundärwicklungen mit den Zündkerzen verbunden sind. Die Ansteuerung der Transformatoren erfolgt dabei über einen an eine Gleichspannung- oder gleichgerichtete Wechselspannungsquelle angeschalteten Zerhacker, der durch einen motordrehzahlabhängigen Sensor gesteuert wird und folglich auch die Primärwicklungen motordrehzahlabhängig mit Wechselstrom speist.
  • Durch die US-A 3 741 185 sind Zündsysteme bekannt, bei welchen die Primärwicklungen der Transformatoren jeweils in LC-Schwingkreisen angeordnet und zueinander parallel geschaltet sind. Nachteilig erweist sich hierbei, daß die Schwingkreiskapazitäten je Zündfunke nur eine einzige Entladung gestatten und folglich Probleme hinsichtlich einer ungenügenden Verbrennung auftreten können.
  • Die GB-A 1 023 928 beschreibt ein Zündsystem mit einem Transformator mit einer einzigen Sekundärwicklung, die über einen Unterbrecher mit den Zündkerzen verbunden ist, der mit den Zündkerzen in Reihe liegt. Bedingt durch diese Reihenschaltung wird die Zündfunkendauer durch die Rotationsgeschwindigkeit des Unterbrechers bzw. Zündverteilers bestimmt und nimmt insbesondere bei hoher Motordrehzahl und damit hoher Rotationsgeschwindigkeit des Unterbrechers stark ab, was gleichfalls zu ungenügenden Verbrennungswerten führen kann.
  • Nicht die Parallel- sondern Reihenschaltung von Reed-Relais als Unterbrecher mit Zündkerzen ist übrigens durch die US-A3914665 bekannt.
  • In einer Teilanmeldung EP-A 0 098 407 ist ein Zündsystem beschreiben, bei dem die Steuerung des Zündfunkens durch eine Zusatzwicklung erfolgt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zündsystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, in Kraftfahrzeugen anzugeben, durch welches eine hohe Spannung an den Zündkerzen erzeugt wird und bei welchem die Dauer des Zündfunkens, insbesondere im Bereich niedriger Motordrehzahlen, genügend lange eingestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Der Zerhacker wird dabei stets mit konstanter Frequenz betrieben, die drehzahlunabhängig z. B. über einen elektrischen Zündkreis eingestellt werden kann. Der elektronische Steuerkreis steuert ausschließlich die Energie der Zündfunken. Die parallel zu den Sekundärwicklungen bzw. Zündkerzen geschalteten mechanischen, elektromechanischen oder ggf. auch elektronischen Unterbrecher, sind schließlich die einzigen drehzahlabhängigen und damit beliebig steuerbaren Elemente, die durch Sensoren betätigt werden, die vorzugsweise an der Nocken- oder Kurbelwelle der Brennkraftmaschine liegen. Diese Parallelschaltung ermöglicht letztlich im Vergleich zum erwähnten Stand der Technik eine beliebige Einstellung der Zündfolge und Zündenergie.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
  • Die Vorteile, sowie die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Zündsystems werden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt :
    • Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündsystems,
    • Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündsystems mit einem Transformator mit einer einzigen Primär- und mehreren Sekundärwicklungen,
    • Figur 3 das Diagramm für die Zündfolge eines Vierzylindermotors,
    • Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündsystems,
    • Figur 5 ein Impulsspektrum eines Zündfunkens,
    • Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Zündsystem nach der Erfindung samt elektronischen Steuerkreis,
    • Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für ein Zündsystem gemäß der Erfindung mit abgewandelten elektronischen Steuerkreis.
  • Fig. 1 zeigt ein Zündsystem für einen Vierzylindermotor, bei dem jeder der vier Zündkerzen Z1 bis Z4 jeweils einer der durch einen elektronischen Steuerkreis SK versorgten Transformatoren, die Primärwicklungen Pj bis P4 und Sekundärwicklungen Sj bis S4 aufweisen, zugeordnet ist. Die Sekundärwicklungen S, bis S4 sind mit den Elektroden der Zündkerzen Z, bis Z4 verbunden und durch mechanische oder elektro-
  • mechanische Schalter I, bzw. elektronische Schalter p überbrückt. Diese Schalter sind dabei so ausgebildet, daß im Kurzschlußfall nur ein schwacher Kurzschlußstrom fließt.
  • Der Zündfunken an den Elektroden der Zündkerzen Z, bis Z4 wird durch Öffnung der mechanischen oder elektromechanischen Schalter I bzw. der elektronischen Schalter p erzeugt. Es wird dabei die für die Erzeugung des Zündfunkens an den Elektroden der Zündkerzen Z, bis Z4 erforderliche Spannung gebildet.
  • Der elektronische Schalter p kann beispielsweise als eine Impedanz oder ein veränderlicher Widerstand ausgebildet sein, welche steuerbar hohe, bzw. niedrige Impedanz bzw. Widerstandswerte annehmen können, je nachdem ob eine Zündung gewünscht ist oder nicht. Die Impedanz kann an die Klemmen der Zündkerzen gelegt werden. p ist dabei so zu wählen, daß nur ein geringer Strom fließt.
  • In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zündsystems dargestellt in welcher ein Transformator mit einer einzigen Primärwicklung P und je einer Sekundärwicklung S1 bis S4 für einen Motor mit vier Zündkerzen Z1 bis Z4 verwendet wird. Dadurch wird ein raumsparender Aufbau des Zündsystems und ein wirtschaftlicher Einsatz der Energie ermöglicht.
  • In Fig. 3 ist der Zündablauf eines Vierzylindermotors dargestellt. Der Zündzeitpunkt wird beispielsweise durch einen an der Kurbelwelle des Motors angeordneten mechanischen, elektromechanischen oder elektronischen Schalter bestimmt. Die Zeitdauer des Zündfunkens ist durch die Öffnungszeit der mechanischen, elektromechanischen oder elektronischen Schalter I bzw. p wählbar und kann in beliebiger Weise durch mechanische oder elektromechanische Vorrichtungen bestimmt werden, die mit anderen Funktionen des Kraftfahrzeuges gekoppelt sind.
  • In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündsystems dargestellt. Die Primärwicklungen P, bis P4 der Transformatoren sind hier parallel zueinander geschaltet und liegen in LC-Schwingkreisen mit Kapazitäten C1 bis C4. Einer der Transformatoren enthält eine Hilfswicklung H1, welche die zum Betrieb des elektronischen Steuerkreises SK nötigen Informationen liefert. Ein Zündkreis ZK steuert den mechanischen, elektromechanischen oder elektronischen Schalter T, z. B. eine Zerhacker. Durch das Zündsystem gemäß Fig. 4 wird an den Zündkerzen ZI bis Z4 ein Zündfunken hoher Spannung mit hoher oder niedriger Frequenz gebildet. Die Größe der Spannung ist dabei durch die Auslegung der Transformatoren und durch die Frequenz des aus einer Gleichspannungs-, bzw. gleichgerichteten Wechselspannungsquelle betriebenen Zerhackers bestimmt. Die Intensität des Zündstromes wird einerseits ebenfalls durch die Auslegung der Transformatoren und andererseits durch die Schließdauer des Schalters T bestimmt.
  • In Fig. 5 ist dargestellt, welches Spannungsspektrum U an den Sekundärwicklungen der Transformatoren erzeugt wird, je nachdem, ob die mechanischen, elektromechanischen oder elektronischen Schalter I bzw. p geöffnet oder geschlossen sind. Falls erforderlich, kann die sekundärseitige Spannung gleichgerichtet und gefiltert werden.
  • Das Zündsystem mit den Transformatoren Tf1, Tf2, Tfn nach Fig. 6 zeigt in ausführlicher Darstellung eine Schaltungsanordnung für einen elektronischen Steuerkreis. An den Gleichspannungsquellen +E1, -E1 liegt eine Serienschaltung, bestehend aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines Leistungstransistors Tr und den jeweils zueinander parallelgeschalteten Schwingkreisen C1-P1, C2-P2, Cn-PN. Zusätzlich ist an diese Gleichspannungsquelle eine RC-Serienschaltung Rc, Ce angeschaltet.
  • Beim Einschalten der Eingangsspannung lädt sich der Kondensator Ce über den Widerstand Re auf. Sobald seine Spannung die Zündspannung des Diacs D3 erreicht, gibt dieser einen Impuls ab, der den Leistungstransistor Tr leitend steuert. An den Klemmen des Schwingkreises P1-C1 tritt folglich eine Überspannung und an der Hilfswicklung H1 eine Spannung auf, die der Spannung an der Primärwicklung P1 entspricht.
  • Aufgabe der Diode D2 ist es, den Kondensator Ce stets dann zu entladen, wenn der Transistor Tr leitend gesteuert ist, so daß der Diac D3 daran gehindert wird, einen Impuls an die Basis des Transistors Tr abzugeben, während dieser gesperrt ist.
  • Die aus dem RC-Glied RcCc, dem Diac D3 und der Diode D2 bestehende Anordnung kann auch durch einen Impulsgeber ersetzt werden, der nach dem Einschalten nur einen Impuls abgibt, z. B. durch eine monostabile Kippstufe oder durch einen Oszillator sehr niedriger Frequenz, der nach Abgabe des ersten Impulses selbsttägig gesperrt wird.
  • Aus dieser Wechselspannung, deren Frequenz vorzugsweise, etwa 20 kHz beträgt, wird mit Hilfe des Widerstandes R1 und einer Diode ZD durch Spannungsbegrenzung eine Rechteckspannung gewonnen. Parallel zur Diode ZD liegt die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors T1, der mit seinem Kollektor über den Widerstand R2 an die Hilfsspannung +E2 geführt ist. Diese Hilfsspannung E2 kann aus einer Gleichspannung +E1 oder durch Gleichrichtung der Schwingkreisspannung, die an einer Transformatorwicklung, z. B. an einer Primärwicklung oder an der Wicklung H1 anliegt, gewonnen werden.
  • Der Kollektor des Transistors T1 gibt somit Rechteckimpulse ab, die durch Gleichrichtung und Impulsformung aus der an der Wicklung H1 liegenden Wechselspannung erzeugt sind.
  • An den Kollektor des Transistors T1 ist ein RC-Glied, bestehend aus einem einstellbaren Widerstand R' und einem Kondensator C', angeschlossen. Dem Kondensator C' ist ein Impulsgeber P nachgeschaltet, der in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der am Kondensator C' liegenden Spannung Rechteckimpulse abgibt. Übersteigt die dem Impulsgeber zugeführte Spannung einen vorgegebenen Schwellwert, so gibt der Ausgang einen Impuls ab, dessen Dauer durch den Impulsgeber selbst bestimmt ist. Der Impulsgeber besteht aus einem NAND-Glied, das mit seinem einen Eingang unmittelbar an den Kondensator C' angeschlossen ist und bei dem im Übertragungsweg mit Negierung der Eingangsspannung ein RC-Glied R", C' eingefügt ist. Als Impulsgeber kann auch eine Transistorschaltung oder z. B. ein Schmitt-Trigger mit nachgeschaltetem Monoflop dienen. Dem Impulsgeber P ist eine Transistorstufe nachgeschaltet, die eine als Darlingtonschaltung ausgebildete Transistoranordnung T2 enthält. Diese Transistorstufe wird mit einer Hilfsspannung Ua1 gespeist, die durch Gleichrichtung der an der Hilfswicklung H1 liegenden Wechselspannung gewonnen wird. Im Kollektorkreis der Transistoranordnung T2 liegt die Primärwicklung eines Transformators Tp, dessen Sekundärwicklung an die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr geführt ist.
  • Der an die Hilfswicklung H1 angeschlossene Steuerkreis Sk gibt an die Basis des Transistors Tr Rechteck-Steuerimpulse ab. Diese Rechteckimpulse werden von der Transistorenanordnung T2 geliefert und der Basis des Transistors Tr über den Transformator Tp zugeführt.
  • Die Dauer, während der der Transistor T2 leitend ist, wird durch die Dauer der vom Impulsgeber P abgegebenen Impulse bestimmt, die sowohl hinsichtlich ihrer zeitlichen Lage als auch hinsichtlich ihrer Dauer variierbar sind. Die zeitliche Lage wird mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes R' so festgelegt, daß der Transistor Tr beim Nulldurchgang des Stromes durch die Primärspule P1 leitend ist. Die Impulsdauer wird mit Hilfe des Widerstandes R" bestimmt. Durch die Variation der Impulsbreite läßt sich dabei die Intensität des Zündfunkens verändern. Die Widerstand R" gestattet daher eine Steuerung der Zündintensität.
  • In Abwandlung der in Fig.6 gezeichneten Schaltungsanordnung kann die zur Steuerung des Impulsgebers P dienende Spannung gegebenenfalls durch Integration der an der Hilfswicklung H1 liegenden Spannung gewonnen werden, wobei die Diode ZD durch ein Integrierglied zu ersetzen ist.
  • Aufgrund der Überspannung am Schwingkreis C1-P1 kann sich die an die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tr gelangende Spannung umpolen. Zum Schutz gegen eine derartige Umpolung ist daher parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke eine Diode D 1 angeordnet, die so gepolt ist, daß sie durch die Eingangs-Gleichspannung in Sperrichtung beansprucht wird.
  • Durch diese elektronische Steuerung werden somit an den Zündkerzen Zündfunken hoher Spannung und wahlweise hoher oder niedriger Frequenz erzeugt.
  • In Fig.7 ist schließlich eine weitere Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach Fig. 6 dargestellt, die einen höheren Integrationsgrad und damit einen platzsparenden Aufbau ermöglicht. Entsprechende Bauteile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • CIC ist hier ein integrierter Schaltkreis, der die erforderliche Steuerfunktion für den Transistor T2 übernimmt. Das in Fig. geeignete Zündsystem besitzt nur einen Transformator mit einer einzigen Primärwicklung P und entsprechenden Sekundärwicklungen S, bis S4, denen die Hilfswicklung H, zugeordnet ist.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen einmal darin, daß die Montagezeit der Transformatoren geringer als bei den Zündsystemen bekannter Bauart ist. Zum anderen läßt sich die Zeitdauer des Zündfunkens im Gegensatz zu den bekannten Systemen beliebig verlängern und genau fixieren, wobei die Primärspule durch einen Zerhacker und somit durch die Wechselspannung gesteuert wird. Diese Ansteuerung erfolgt unabhängig von der Motordrehzahl. Die Magnetflüsse sind in allen Transformatoren gleich, wobei durch den Zündvorgang kein Einfluß auf die Primärwicklungen ausgeübt wird. Weiterhin wird der Zündfunken konstant versorgt. Die Energie des Zündfunkens läßt sich je nach Regelung durch die elektronische Steuerung beliebig verändern. Zusammengenommen erhält man damit eine verbesserte Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen.
  • Die Steuerung der Zündzeit, das heißt das Öffnen und Schließen des Schalters I erfolgt durch in den Figuren nicht dargestellte Sensoren, welche an geeigneten Stellen des Motors, z. B. an der Nocken- oder Kurbelwelle, angeordnet sind. Vorzugsweise werden dafür kontaktlose Geber verwendet, wie beispielsweise Induktionsgeber, Feldplattengebern, lichtelektrische Geber usw.
  • Es können mehrere Sensoren verwendet werden, welche beispielsweise für die Gaspedalstellung, die momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs, den Unterdruck im Saugrohr, die Motortemperatur usw. die erforderlichen Informationen liefern.

Claims (10)

1. Zündsystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, in Kraftfahrzeugen, bei dem jeder Zündkerze (Z1-Z4) eine von mehreren Sekundärwicklungen (S1-S4) eines Transformators mit einer einzigen Primärwicklung (P1) oder die Sekundärwicklung (S1-S4) eines je Zündkerze (Z1-Z4) vorgesehenen Transformators zugeordnet ist, wobei die Primärwicklung (P) des Transformators oder die Primärwicklungen (P1-P4) der Transformatoren an einem elektronischen Steuerkreis (SK) und die Elektroden der Zündkerzen (Z1-Z4) an den Sekundärwicklungen (S1-S4) des Transformators oder der Transformatoren liegen und wobei die Ansteuerung des Transformators oder der Transformatoren über einen an eine Gleichspannungs- oder gleichgerichte Wechselspannungsquelle angeschalteten Zerhacker (T) erfolgt, der die Primärwicklung (P) oder Primärwicklungen (P1-P4) mit Wechselstrom speist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Tranformators oder der Transformatoren drehzahlunabhängig erfolgt und daß die Sekundärwicklungen (S1-S4) durch jeweils einen parallel zu dieser Sekundärwicklung und parallel zur Zündkerze liegenden mechanischen, elektromechanischen oder elektronischen Unterbrecher (I, p) überbrückbar sind, der jeweils durch einen drehzahlabhängig arbeitenden Sensor gesteuert wird.
2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (P) des Transformators oder die Primärwicklungen (P1-P4) des Transformatoren in einem LC-Schwingkreis (C1, P1-C4, P4) angeordnet ist oder sind.
3. Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen (P1-P4) der Transformatoren parallel zueinander geschaltet sind.
4. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem der Transformatoren sekundärseiting eine Hilfswicklung (H1) angeordnet ist, daß die Hilfswicklung mit einem Steuerkreis (SK) verbunden ist, und daß der Steuerkreis induktiv mit dem Zerhacker (T) gekoppelt ist.
5. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (T) einen Transistor (Tr) aufweist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Serie zu den parallel geschalteten Primärwicklungen (P1 ... Po) angeordnet ist, daß diese Serienschaltung an einer Gleichspannungs- oder gleichgerichten Wechselspannungsquelle (E1) liegt und daß die Basis des Transistors (Tr) an den Steuerkreis (SK) angeschaltet ist.
6. Zündsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors (Tr) an einen zusätzlichen Steuerkreis angeschaltet ist, der aus einer an der Gleichspannungsoder gleichgerichteten Wechselspannungsquelle (+E1) liegenden RC-Serienschaltung (Rc, Cc) und einem zwischen der EC-Serienschaltung und der Basis des Transistors (Tr) angeordneten Diac (D3) besteht.
7. Zündsystem nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (SK) einen aus einem der Transformatoren gespeinsten Spannungsbegrenzer oder Integrator enthält und daß die durch die Spannungsbegrenzung, bzw. Integration gewonnene Rechteckspannung einer Anordnung zu Impulsverzögerung und/oder Impulsbreitenvariation (R") zugeführt ist.
8. Zündsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Anordnung zur Impulsverzögerung und/oder Impulsbreitenvariation (R") und der Basis des in Series zur Parallelschaltung der Schwingkreise (C1, P1-Cc, Pn) angeordneten Transistors (Tr) eine Transistorstufe (T2) und ein Übertrager (Tp) mit einer parallel zur Primärwicklung angeordneten Überspannungs-Schutzschaltung vorgesehen sind.
9. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (C1, P1), der den mit der Hilfswicklung (H1) versehenen Transformator enthält, zusammen mit dem (den) Steuerkreis (en) (SK) und dem Zerhacker (T) in ein und derselben Baueinheit untergebracht ist und daß die weiteren Schwingkreise (C2, P2-Cn, Pn) als weitere Baueinheiten ausgebildet sind.
10. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der mechanischen oder elektronischen Unterbrecher (I, p) Sensoren an der Nocken- oder Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
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