DE2048960A1 - Condenser ignition system for internal combustion engines - Google Patents
Condenser ignition system for internal combustion enginesInfo
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Description
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E. 37 Ws/Es
24.9.1970E. 37 Ws / Es
9/24/1970
Anlage zur
PatentanmeldungAttachment to
Patent application
.Die Erfindung betrifft eine Kondensatorzündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Speicherkondensator und mit einem über ein Schaltelement und ein Strombegrenzungselement mit dem Speicherkondensator verbundenen Zündkondensator, sowie mit einem Zündtransformator, dessen Primärwicklung mit einem zu dem vorerwähnten Schaltelement abwechselnd betätigbarenThe invention relates to a capacitor ignition system for internal combustion engines with a storage capacitor and with a via a switching element and a current limiting element the storage capacitor connected ignition capacitor, as well as with an ignition transformer whose primary winding with a alternately operable to the aforementioned switching element
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zweiten Schaltelement in Reihe zum Zündkondensator parallelgeschaltet ist und an dessen Sekundärwicklung mindestans eine Zündkerze angeschlossen ist;second switching element connected in series to the ignition capacitor in parallel and at least one spark plug is connected to its secondary winding;
Bei einer bekannten Hochspannungs-Kondensatorzündanlage wird zur Erzeugung eines Funkenbandes aus mehreren unmittelbar aufeinanderfolgenden Zündfunken ein Speicherkondensator von einer Batterie über einen Gleichspannungswandler ständig aufgeladen und die in ihm gespeicherte elektrische Energie über ein Schaltelement und einen ohmschen Widerstand als Strombegrenzungs-™ element auf einen Zündkondensator umgeladen. Im Zündzeitpunkt wird der Zündkondensator über die Primärwicklung des Zündtransformators und ein weiteres Schaltelement entladen und dadurch Ip. der Sekundärwicklung des Zündtransformator ein Hochspannungsimpuls induziert, der einen Zündfunken an einer Zündkerze der Brennkraftmaschine zur Folge hat. Durch die abwechselnde Betätigung der beiden Schaltelemente wird eine zusätzliche Belastung des Wandlers durch die Primärwicklung des Zündtransformators verhindert.In a known high-voltage capacitor ignition system, a storage capacitor is continuously charged from a battery via a DC voltage converter to generate a spark band from several consecutive ignition sparks and the electrical energy stored in it is transferred to an ignition capacitor via a switching element and an ohmic resistor as a current limiting element. At the time of ignition, the ignition capacitor is discharged via the primary winding of the ignition transformer and another switching element and thus Ip. the secondary winding of the ignition transformer induces a high-voltage pulse that causes an ignition spark on a spark plug of the internal combustion engine. The alternating actuation of the two switching elements prevents additional stress on the converter from the primary winding of the ignition transformer.
Diese Zündanlage hat jedoch den Nachteil, daß bei jeder Umladung elektrischer Energie vom Speicherkondensator auf den ^ Zündkondensator die Hälfte dieser Energie in dem ohmschen Widerstand verloren geht. Der Wirkungsgrad einer solchen Zündanlage ist daher sehr schlecht. Sie ist nur dann funktionsfä-. tiig, wenn sie von einem leistungsstarken Wandler mit einer hohen Versorgungsspannung betrieben wird.However, this ignition system has the disadvantage that with each reloading electrical energy from the storage capacitor to the ^ ignition capacitor half of this energy in the ohmic Resistance is lost. The efficiency of such an ignition system is therefore very poor. It is only functional then. good when it is operated by a powerful converter with a high supply voltage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer Kondensatorzündanlage -wesentlich zu erhöhen und ihreVersorgungsspannung durch "bessere Energieausnützung so niedrig wie möglich zu halten.The invention is based on the object of significantly increasing the efficiency of a capacitor ignition system and their supply voltage through "better energy utilization as low as possible.
Dies wird erfindungsgemäß durch einen induktiven Widerstand als Strombegrenzungselement erreicht. Durch die Induktivität wird eine annähernd verlustfreie Umladung der elektrischen Energie vom Speicherkondensator auf den Zündkondensator erreicht. Außerdem "bewirkt die Induktivität beim Umladen ein Überschwingen der Spannung am Zündkondensator, so daß die beim Zündvorgang an der Primärwicklung des Zündtransformators zur Verfügungjstehende Spannung wesentlich höher ist als die am Speicherkondensator liegende Versorgungsspannung der Zündanlage. Bei entsprechender Auslegung des Zündtransformators und der Induktivität im UmladeStromkreis kann die Zündanlage ohne Gleichspannungswandler, direkt mit der Batteriespannung versorgt werden.According to the invention, this is achieved by an inductive resistor as a current limiting element. Through the inductance is an almost loss-free charge reversal of the electrical Energy reached from the storage capacitor to the ignition capacitor. In addition, "causes the inductance when reloading Overshoot of the voltage on the ignition capacitor, so that the ignition process occurs on the primary winding of the ignition transformer available voltage is significantly higher than the supply voltage of the ignition system on the storage capacitor. With the appropriate design of the ignition transformer and the inductance in the recharging circuit, the ignition system can without a DC voltage converter, can be supplied directly with the battery voltage.
Einzelheiten sind an drei verschiedenen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Zündanlagen näher erläutert. Es zeigt:Details are based on three different exemplary embodiments of the invention shown in the drawing Ignition systems explained in more detail. It shows:
Fig. 1 eine Hochspannungs-Kondensatorzündanlage mit einem induktiven Widerstand im UmladeStromkreis,Fig. 1 with a high-voltage capacitor ignition system an inductive resistor in the reloading circuit,
Fig. 2 eine Hochspannungs-Kondensatoxzündanlage, bei der die Primärwicklung des Zündtransformators als . induktiver Widerstand im UmIadeStromkreis wirkt, undFig. 2 shows a high-voltage condensate ignition system in which the primary winding of the ignition transformer as. inductive resistance in the charging circuit acts, and
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Fig. 3 eine Hochsp'annungs-Kondensatorzündanlage, bei welcher die Primärwicklung eines zweiten Zündtransformators als induktiver Widerstand im UmladeStromkreis ausgebildet ist.3 shows a high-voltage capacitor ignition system in which the primary winding of a second ignition transformer is designed as an inductive resistor in the recharging circuit is.
Die in Fig. 1 dargestellte Hochspannungs-Kondensatorzündanlage wird von einer Batterie 10 versorgt, an die ein Gleichspannungswandler 11 angeschlossen ist. Auf der anderen Seite des Wandlers 11 ist ein Speicherkondensator 12 von 100 j* F angeschlossen sowie ein erster Thyristor 13 mit einem induktiven Widerstand 14 P und einem Zündkondensator 15 von 1 αϊ in Reihe geschaltet. Parallel zum Zündkondensator 15 liegt die Primärwicklung 16a eines Zündtransformators 16 in Reihe mit einem zweiten Thyristor 17· An die Sekundärwicklung 16b des Zündtransformators 16 ist eine Zündkerze 18 in einem Zylinder einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeschlossen. Eine Diode 19 ist zum zweiten Thyristor 17 antiparallel geschaltet.The high-voltage capacitor ignition system shown in FIG. 1 is supplied by a battery 10 to which a DC voltage converter 11 is connected. On the other side of the converter 11, a storage capacitor 12 of 100 j * F is connected and a first thyristor 13 with an inductive resistor 14 P and an ignition capacitor 15 of 1 αϊ are connected in series. The primary winding 16a of an ignition transformer 16 is parallel to the ignition capacitor 15 in series with a second thyristor 17. A spark plug 18 in a cylinder of an internal combustion engine, not shown, is connected to the secondary winding 16b of the ignition transformer 16. A diode 19 is connected in anti-parallel to the second thyristor 17.
Bei dieser Zündanlage ist der Speicherkondensator 12 ständig auf die Versorgungsspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers 11 aufgeladen. Wird der Thyristor I3 durch Anlegen einer Steuerspannung stromleitend, so lädt sich ein Teil der elektrifc sehen Energie im Speicherkondensator 12 über den Thyristor I3 und die Induktivität 14 auf den Zündkondensator 15 um. Da der induktive Widerstand 14 mit dem Zündkondensator 15 einen Rei-.henschwingkreis bildet, schwingt die Spannung am Zündkondensator 15 über die Versorgungsspannung des Gleichspannungswandlers 11 hinaus, der Strom geht dabei auf Null zurück und der Thyristor 13 wird demzufolge gesperrt. Zum Zündzeitpunkt wird der zweite Thyristor 17 durch Anlegen einer Steuerspannung stromleitend und die im ZündkondensatorIn this ignition system, the storage capacitor 12 is constantly on the supply voltage at the output of the DC voltage converter 11 charged. If the thyristor I3 is applied by applying a If the control voltage is conductive, part of the electrifc see energy in storage capacitor 12 via thyristor I3 and the inductance 14 on the ignition capacitor 15 µm. Since the inductive resistor 14 and the ignition capacitor 15 form a series resonant circuit forms, the voltage on the ignition capacitor 15 swings above the supply voltage of the DC voltage converter 11 In addition, the current goes back to zero and the thyristor 13 is blocked as a result. The second is at the ignition point Thyristor 17 conductive by applying a control voltage and the one in the ignition capacitor
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15 gespeicherte elektrische Energie wird über die Primärwicklung 16a des Zündtransformators 16 und den Thyristor entladen. Dadurch wird in der Sekundärwicklung des Zündtransformators 16 ein Hochspannungsimpuls induziert, der einen Zündfunken an der Zündkerze 18 zur Folge hat. Die für den Zündvorgang nicht verbrauchte elektrische Energie wird durch den vom Zündkondensator I5 und Zündtransformator 16 gebildeten Schwingkreis mit umgekehrter Polarität auf den Zündkondensator 15 umgeladen. Beim Nulldurchgang des Stromes ist die Restenergie vollständig im Zündkondensator I5 gespeichert und der zweite Thyristor I7 sperrt. Durch die zum Thyristor I7 antiparallel geschaltete Diode 19 wird die im Zündkondensator 15 gespeicherte Restenergie hierauf unverzüglich über die Primärwicklung 16a des Zündtransformators 16 umgepolt und dadurch die Brenndauer des Zündfunkens an der Zündkerze 18 etwa verdoppelt.15 stored electrical energy is via the primary winding 16a of the ignition transformer 16 and the thyristor unload. This is in the secondary winding of the ignition transformer 16 induces a high-voltage pulse that causes an ignition spark on the spark plug 18. The for the Electrical energy not consumed during the ignition process is generated by the ignition capacitor I5 and ignition transformer 16 The resonant circuit is transferred to the ignition capacitor 15 with reversed polarity. The residual energy is when the current crosses zero completely stored in the ignition capacitor I5 and the second thyristor I7 blocks. Through the thyristor I7 In anti-parallel connected diode 19, the residual energy stored in the ignition capacitor 15 is then immediately via the The polarity of the primary winding 16a of the ignition transformer 16 is reversed and, as a result, the burning time of the ignition spark on the spark plug 18 about doubled.
Der induktive Widerstand 14 bewirkt zusammen mit der Diode 19 eine selbsttätige Regelung der erforderlichen Primärspannung. Wird z. B. für den Zündvorgang viel Energie verbraucht, so ist die im Zündkondensator I5 gespeicherte Restenergie gering und die am induktiven Widerstand 14 auftretende Differenzspannung zwischen dem Speicherkondensator .'12 und dem Zündkondensator 15 ist bei leitendem Thyristor 13 relativ groß. BeinjUmladevorgang schwingt nun die Spannung am Zündkondensator 15 sehr weit.über die VersorgungsspannungThe inductive resistor 14 works together with the diode 19 automatic regulation of the required primary voltage. Is z. B. consumed a lot of energy for the ignition process, so is the stored in the ignition capacitor I5 Residual energy is low and that occurring at the inductive resistor 14 The differential voltage between the storage capacitor .'12 and the ignition capacitor 15 is when the thyristor is conductive 13 relatively large. During the reloading process, the voltage now oscillates at the ignition capacitor 15 very far above the supply voltage
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des Gleichspannungswandlers 11 hinaus, so daß beim nächsten Zündvorgang am Zündtransformator 16 eine hohe Spannung und damit ausreichend Energie zur Verfügung steht. Wird dagegen beim Zündvorgang nur wenig Energie verbraucht, so ist die Restspannung am Zündkondensator 15 relativ groß und die Differenzspannung am induktiven Widerstand 14 beim Umladevorgang so gering, daß die Spannung am Zündkondensator 15 kaum überschwingt und etwa der Versorgungsspannung entspricht. Dabei wird wenig elektrische Energie vom Speicherkondensator 12 auf den Zündkondensator 15 umgeladen. Eine solche Regelung " ist insbesondere bei einer Funkenbandzündung sehr vorteilhaft, da bei rascher Folge von mehreren Zündfunken ander Zündkerze eine sichere Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches in den Zylindern und ein hoher Wirkungsgrad der betreffenden. Maschine gewährleistet ist.of the DC voltage converter 11 addition, so that the next ignition process at the ignition transformer 16 a high voltage and so that sufficient energy is available. If, on the other hand, only little energy is consumed during the ignition process, then this is Residual voltage on the ignition capacitor 15 is relatively large and the The differential voltage across the inductive resistor 14 during the recharging process is so low that the voltage across the ignition capacitor 15 hardly overshoots and roughly corresponds to the supply voltage. Little electrical energy is used by the storage capacitor 12 transferred to the ignition capacitor 15. Such a scheme "is particularly advantageous in the case of a spark band ignition, since there is a rapid succession of several ignition sparks on the spark plug a reliable ignition of the fuel-air mixture in the cylinders and a high degree of efficiency of the relevant. machine is guaranteed.
Die Kapazität des Speicherkondensators 12 ist weit mehr als zehnmal so groß wie die Kapazität des Zündkondensators 15· Dadurch wird erreicht, daß der Speicherkondensator 12 durch ein an einer Zündkerze überspringendes Funkenband nur teilweise entladen wird und daß die Verluste, die im Gleichspannungswandler 11 beim Aufladen des Speicherkondensators 12 auftre-) ten, möglichst gering sind. Geringe Ladeverluste bekommt man, wenn die Ladespannung am Speicherkondensator 12 hoch und folglich der Ladestrom, der die Verluste am Innenwiderstand des Wandlers 11 verursacht, gering gehalten wird.The capacity of the storage capacitor 12 is far more than ten times as large as the capacity of the ignition capacitor 15 it is achieved that the storage capacitor 12 is only partially due to a spark band jumping over at a spark plug is discharged and that the losses that occur in the DC voltage converter 11 when charging the storage capacitor 12) are as low as possible. Low charging losses are obtained when the charging voltage on the storage capacitor 12 is high and consequently the charging current, which causes the losses in the internal resistance of the converter 11, is kept low.
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Die einzelnen Bauelemente der Zündanlage nach Fig. 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen, wiefin Fig. 1. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist jedoch bei der Kondensatorzündanlage nach Fig. 2 eine zweite Primärwicklung 20a eines Zündtransformators 20 der induktive Widerstand an welchen der Zündkondensator angeschlossen ist.Parallel zum Zündkondensator 15 liegt die Primärwicklung 20b in Reihe mit dem Thyristor 17· An die Sekundärwicklung 20c ist die Zündkerze 18 angeschlossen.The individual components of the ignition system according to FIG. 2 are provided with the same reference numerals as in FIG. 1. In contrast 1, however, in the capacitor ignition system according to FIG. 2, there is a second primary winding 20a of an ignition transformer 20 the inductive resistance to which the ignition capacitor is connected. Parallel to the ignition capacitor 15 is the Primary winding 20b in series with the thyristor 17 · To the Secondary winding 20c is connected to the spark plug 18.
Bei dieser Zündanlage wird sowohl beim Umladevorgang der elektrischen Energie vom Speicherkondensator 12 über den ersten Thyristor 13 und die Primärwicklung 20a auf den Zündkondensator 15 als auch bei der Entladung des Zündkondensators I5 über die Primärwicklung 20b und den zweiten Thyristor 17 ,jeweils in der Sekundärwicklung 20c des Zündtransformators 20 ein Hochspannungsimpuls induziert und demzufolge an der Sündkerze 18 ein Funken erzeugt. Bei dieser Anlage werden folglich die Thyristoren 13 und 17 im Zündzeitpunkt abwechslungsweise durch Steuerimpulse stromleitend gemacht. AuchWith this ignition system, the electrical Energy from the storage capacitor 12 via the first thyristor 13 and the primary winding 20a to the ignition capacitor 15 as well as when the ignition capacitor I5 is discharged via the primary winding 20b and the second thyristor 17 , in each case in the secondary winding 20c of the ignition transformer 20, a high voltage pulse is induced and consequently on the Sinner plug 18 generates a spark. In this system, the thyristors 13 and 17 are therefore alternately at the ignition point made conductive by control pulses. Even
antiparalerantiparal
hier bewirkt die zum Thyristor 17/geschaltete Diode 19 eine selbstständige Regelung der erforderlichen Zündspannung, da bei geringem Energieverbrauch an der Zündkerze 18 im Zündkondensator 15 eine hohe Restenergie gespeichert und 'bei der nachfolgenden Umladung folglich eine geringe Energie aus dem Speicherkondensator 12 entnommen wird. Bei hohem Energieverbrauch an der Zündkerze 18 ist dagegen die im Zündkondensator I5 gespeicherte Restenergie sehr gering und die aus dem Speicherkondensator 12 entnommene Energie wird entsprechend größer. Der Vorteil dieser Zündanlage besteht vor allem darin, daß die UmIadeVerluste im Zündkondensator 15 gegenüber einer Zündanlage in Fig. 1 um die Hälfte verringert werden, da die Umladefrequenz nur halb groß ist.here the diode 19 connected to the thyristor 17 / causes a independent regulation of the required ignition voltage, because with low energy consumption at the spark plug 18 in the ignition capacitor 15 a high residual energy is stored and 'As a result, a small amount of energy is drawn from the storage capacitor 12 during the subsequent charge reversal. At high Energy consumption at the spark plug 18, however, the residual energy stored in the ignition capacitor I5 is very low and the energy drawn from the storage capacitor 12 is correspondingly greater. The advantage of this ignition system is there above all in the fact that the transfer losses in the ignition capacitor 15 are halved compared to an ignition system in FIG can be reduced, since the transfer frequency is only half the size.
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Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündanlage, bei der die Bauelemente ebenfalls mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind wie die entsprechenden Bauelemente in Fig. 1 und 2. Bei der Kondensatorzündanlage nach Fig. 3 wird der induktive Widerstand durch die Primärwicklung 21a eines zweiten Zündtransformators 21 gebildet, an dessen Sekundärwicklung 21b eine Zündkerze 22 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Die Zündanlage wirkt in der gleichen Weise, wie die in Fig. 2 beschriebene Zündanlage.Fig. 3 shows a further embodiment of an inventive Ignition system in which the components are also provided with the same reference numbers as the corresponding ones Components in Fig. 1 and 2. In the condenser ignition system According to Fig. 3, the inductive resistance is formed by the primary winding 21a of a second ignition transformer 21, a spark plug 22 of an internal combustion engine (not shown) is connected to its secondary winding 21b is. The ignition system works in the same way as the ignition system described in FIG.
Die Ansteuerung der zwei Thyristoren 13 und 17. in Fig. 2 und 3 kann abwechsungsweise jeweils im Zündzeitpunkt erfolgen. Zur Erzeugung eines Funkenbandes je ZündVorgang werden die beiden Thyristoren 13 und 17 vorzugsweise von einem nicht dargestellten Multivibrator oder magnetischen Impulsgeber abwechslungsweise angesteuert. Die Funkenjrequenz bei den KondensatorZündanlagen nach Fig. 2 und 3 ist doppelt so hoch wie di'e bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage. Zwar wird hier der beim Aufladevorgang des Zündkondensators 15 an der Zünd- W kerze 18 erzeugte Zündfunke durch die antiparallel geschaltete Diode 19 nicht verlängert, da die Diode 19 nur beim Entladen des Zündkondensators 15 - also bei jedem zweiten Zündfunken ■ -wirksam wird. Dies ist aber bei Doppelfunken- oder Funkenband-Zündung duchaus vorteilhaft, da der erste Zündfunke durch entsprechende Dimensionierung der Primärwicklung 20a bzw. 21a kurz und stark gemacht werden kann. Der nachfolgende zweite Zündfunke wird dann durch entsprechende Auslegung der Primärwicklung 20b bzw. 16a wesentlich länger und schwächer.The activation of the two thyristors 13 and 17 in FIGS. 2 and 3 can take place alternately in each case at the point of ignition. To generate a spark band per ignition process, the two thyristors 13 and 17 are preferably alternately controlled by a multivibrator or magnetic pulse generator (not shown). The spark frequency in the capacitor ignition systems according to FIGS. 2 and 3 is twice as high as that in the system shown in FIG. Although the 18 spark generated candle during the charging of the ignition capacitor 15 to the ignition W is not extended by the anti-parallel diode 19 here, because the diode 19 only during discharging of the ignition capacitor 15 - in other words every other spark ■ will preclude formation. However, this is definitely advantageous in the case of double-spark or spark-band ignition, since the first ignition spark can be made short and strong by appropriately dimensioning the primary winding 20a or 21a. The subsequent second ignition spark is then significantly longer and weaker by appropriate design of the primary winding 20b or 16a.
Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, die Diode 19 wegzulassen um auf diese Weise gleich starke Zündfunken zu bekommen.In the context of the invention, however, it is also possible to omit the diode 19 in order in this way to generate ignition sparks of the same strength receive.
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