DE2515877C3

DE2515877C3 - Electronic capacitor ignition device for internal combustion engines

Info

Publication number: DE2515877C3
Application number: DE19752515877
Authority: DE
Inventors: Jiri Hladuvka; Karel Dipl.-Ing. Kopp; Vitezslav Majtner; Milan Veverka
Original assignee: Pal Magneton np
Current assignee: Pal Magneton np
Priority date: 1974-04-11
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2515877B2; DE2515877A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Kondensatorzündeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an electronic capacitor ignition device for internal combustion engines the preamble of claim 1.

Bekannte Kondensatorzündeinrichtungen erzeugen Zündfunken an der Zündkerze mit elektrischer Energie, die im Speicherkondensator gespeichert wird. Durch Entladung dieser elektrischen Energie in einem geeigneten Zeitpunkt aus dem Speicherkondensator mittels eines Thyristors über die Primärseite der Zündspule wird in deren Sekundärseite eine Hochspannung induziert. Diese erzeugt die elektrischen Funken an den Elektroden der Zündkerze und zündet das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkraftmaschine. Dies erfordert jedoch die nötige Überschlagsspannung, die wiederum von der Größe der elektrischen Energie des Speicherkondensators abhängt. Bei gegebener Kapazität des Speicherkondensators ist die Größe der elektrischen Energie von der Größe der Lade-Gleichspannung abhängig. Diese Spannung wird bei den bekannten Kondensatorzündeinrichtungen aus der Transformator-Sekundärseite eines Wechselrichters mittels einer gleichrichtenden Halbleiterdiose gewonnen, die in Fluß-Richtung geschaltet ist; dabei speist die Sekundärseite die Last, d. h. den Speicherkondensator, falls der Transistor des Wechselrichters in leitendem Zustand ist. Vorteile sind ein weiter Bereich der sekundärseitigen Last des Wechselrichters, ungefähr konstante Spannung und dadurch genügende elektrische Energie des Speicherkondensators, auch wenn die Funkenanzahl und dieKnown capacitor ignition devices generate ignition sparks on the spark plug with electrical Energy that is stored in the storage capacitor. By discharging this electrical energy into a suitable point in time from the storage capacitor by means of a thyristor via the primary side of the ignition coil, a high voltage is induced in its secondary side. This generates the electrical sparks on the electrodes of the spark plug and ignites the air-fuel mixture in the internal combustion engine. However, this requires the necessary breakdown voltage, which in turn depends on the size of the electrical energy of the storage capacitor depends. For a given capacity of the storage capacitor, the size of the electrical energy is of the Dependent on the size of the DC charging voltage. In the known capacitor ignition devices, this voltage is obtained from the transformer secondary side an inverter obtained by means of a rectifying semiconductor socket, which is switched in the forward direction; the secondary side feeds the load, d. H. the storage capacitor, if the transistor of the Inverter is in a conductive state. Advantages are a wide range of the secondary load of the Inverter, approximately constant voltage and thus sufficient electrical energy of the storage capacitor, even if the number of sparks and the gewünschte Energie hoch sind. Voraussetzung ist allerdings, daß die Eingangsspannung des Wechselrichters konstant ist.desired energy are high. However, the prerequisite is that the input voltage of the inverter is constant.

Ein Nachteil dieser KondensatorzündeinrichtungenA disadvantage of these capacitor igniters

"» ist vor allem die große Abhängigkeit der Transformaior-Ausgangsspannung des Wechselrichters von der Eingangsspannung. Die Batteriespannung sinkt vor allem beim Anlassen, besonders bei Minustemperaturen. Bei Batterien geringer Qualität kann die Span-"» Is above all the great dependency of the transformer output voltage of the inverter on the Input voltage. The battery voltage drops especially when starting, especially at sub-zero temperatures. In the case of batteries of poor quality, the voltage

¹⁽¹ nungsabnahme einen derartigen Wert erreichen, daß die Energie im Speicherkondensator nicht genügt, um an den Zündkerzen die nötige Überschlagsspannung hervorzurufen, insbesondere, falls sie verunreinigt sind. So werden die Starteigenschaften der Brenn ^{1 (1} voltage decrease can reach such a value that the energy in the storage capacitor is not sufficient to produce the necessary flashover voltage on the spark plugs, especially if they are contaminated kraftmaschinen verschlechtert. Ein weiterer Nachteil bei diesen Schaltungen ist der Umstand, daß in dem Augenblick, wenn der Transistor in nichtleitendem Zustand ist, Leerlauf und Spannungsbelastung des Transistors erfolgen.engines deteriorated. Another disadvantage in these circuits is the fact that at the moment when the transistor is in non-conductive The state is idling and the transistor is under voltage.

-" Manche vorhandenen Zündeinrichtungen erreichen ein zuverlässigeres Anlassen duurch allgemeines Überdimensionieren der Leistung oder durch einen komplizierten Schutz der Halbleiter-Bauelemente vor Überspannung. Dadurch wird jedoch das Auftreten- "Some existing ignition devices achieve a more reliable starting through general Overdimensioning of the power or complicated protection of the semiconductor components Overload. However, this will make the occurrence

-'"' von Störungen begünstigt und werden die Gesamtzuverlässigkeit sowie die Wirtschaftlichkeit verschlechtert.- '"' favored by malfunctions and the overall reliability as well as the economic efficiency are worsened.

Ferner gibt es bei Kondensatorzündeinrichtungen eine Verbesserung des Startbereichs mittels einer Zu-Furthermore, there is an improvement in the starting area in the case of capacitor ignition devices by means of an

ic satzwicklung, die aus dünnerem Draht mit mehr Windungen als die Hauptwickiung gefertigt ist. An diese ist die Zusatzwicklung parallel über eine Gleichrichterdiode und einen Widerstand hinter einer Hauptdiode angeschlossen. Nachteile sind auch hier deric set winding, which is made of thinner wire with more turns than the main winding. To this the additional winding is connected in parallel via a rectifier diode and a resistor behind a main diode. The disadvantages are here too

υ Einfluß des Leerlaufes, die hohen Anforderungen und der geringe Wirkungsgrad des Wechselrichter-Transformators.υ Influence of idling, the high demands and the low efficiency of the inverter transformer.

In manchen Fällen ist die Ausführung dieser bestehenden Zündeinrichtungen unzweckmäßig; vor allem, wenn ein einfacher Aufbau, ein zuverlässiges und wirkungsvolles Verbrennungssystem unter allen Betriebsbedingungen und ein maximaler Wirkungsgrad der ganzen Einrichtung verlangt werden, besonders zur Erzielung eines zuverlässigen Startens bei verminderter Batteriespannung.In some cases, the implementation of these existing ignition devices is inexpedient; above all, if a simple structure, a reliable and efficient combustion system under all operating conditions and a maximum efficiency throughout the installation are required, especially to achieve reliable starting when the battery voltage is reduced.

Eine bekannte elektronische Kondensatorzündeinrichtung (CH-PS 443789) der eingangs genannten Art hat einen gewöhnlichen Zweiweggleichrichter in einer Brückenschaltung, um den SpeicherkondensatorA known electronic capacitor ignition device (CH-PS 443789) of the aforementioned Art has an ordinary full wave rectifier in a bridge circuit to the storage capacitor

to üblich aufzuladen. Der Zweiweggleichrichter ist dabei direkt mit dem Speicherkondensator verbunden, so daß der Strom in keinem Zweig des Zweiweggleichrichters begrenzt wird. Dadurch soll eine Kondensatorzündeinrichtung ermöglicht werden, mit der Ab-to charge usual. The full-wave rectifier is included connected directly to the storage capacitor, so that the current is not limited in any branch of the full-wave rectifier. This is intended to enable a capacitor ignition device with which

^r)5 weichungen des Zündmomentes sowohl durch sofortiges Einschalten eines gesteuertem elektrischen Ventils als auch durch zuverlässiges Abschalten desselben unterdrückt werden können. Dagegen wird bei dieser bekannten Kondensatorzündeinrichtung ein ^r ) 5 deviations in the ignition torque can be suppressed both by immediately switching on a controlled electrical valve and by reliably switching it off. In contrast, in this known capacitor ignition device, a

ω Spannungsabfall der Batterie beim Anlassen nicht ausgeglichen.ω voltage drop of the battery when starting not balanced.

Weiterhin ist eine Lade- und Entladeschaltung für Zündanlagen bekannt (US-PS 3750637), die zum Laden des Speicherkondensators ebenfalls einen ge-Furthermore, a charging and discharging circuit for ignition systems is known (US-PS 3750637), which for Charging the storage capacitor also takes a

h"i wohnlichen Zweiweggleichrichter in einer Brückenschaltung hat. Damit soll eine Zündanlage ermöglicht werden, die eine getrennte Lade- und eine Entladeschaltung für den Speicherkondensator hat.h "i has a comfortable full-wave rectifier in a bridge circuit. This is intended to enable an ignition system which has a separate charging and discharging circuit for the storage capacitor.

Es ist daher Auf gäbe der Erfindung, eine elektronische Kondensatorzündeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei einfachem Aufbau auch bei verminderter Batteriespannung ein zuverlässiges Starten ermöglicht.It is therefore on the invention, an electronic Specify capacitor ignition device of the type mentioned, with a simple structure enables reliable starting even with reduced battery voltage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß -durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by those specified in the characterizing part of claim 1 Features solved.

Bei der Erfindung sind also zwei Einweggleichrichter zum Laden des Speicherkondensators vorgesehen. Der eine Einweggleichrichter ist direkt mit dem Speicherkondensator verbunden, während der andere Einweggleichrichter über den Serienwiderstand an den Speicherkondensator angeschlossen ist.In the invention, there are two half-wave rectifiers intended for charging the storage capacitor. One half-wave rectifier is directly connected to the storage capacitor while the other half-wave rectifier is connected to the storage capacitor via the series resistor.

Der eine Einweggleichrichter stellt damit eine Spannungsquelle mit harter Kennlinie dar, die eine stabile Energie an den Speicherkondensator abgibt. Dagegen ladet der andere Einweggleichrichter, der in der Gegenphase eingeschaltet ist, den Speicherkondensator über den Serienwiderstand auf, der somit eine bestimmte Zeitkonstante bewirkt, so daß dieser Einweggleichrichter bei niedrigen Drehzahlen wesentlich mehr Energie abgibt als bei hohen Drehzahlen. Bei hohen Drehzahlen wirkt sich daher in erster Linie der eine Einweggleichrichter aus, der direkt mit dem Speicherkondensator verbunden ist. Beim Anlassen des Motors und niedrigen Drehzahlen wirken sich aber beide Einweggleichrichter aus (es liegt also eine Zweiweggleichrichtung vor), wodurch insgesamt die abgegebene Energie erhöht und damit ein Spannungsabfall der Batterie beim Anlassen des Motors ausgeglichen wird, was insbesondere beim Anlassen einer kalten Brennkraftmaschine bei Frost von großem Vorteil ist.One half-wave rectifier thus represents a voltage source with a hard characteristic curve, the one releases stable energy to the storage capacitor. In contrast, the other half-wave rectifier, the in the opposite phase is switched on, the storage capacitor via the series resistor, which thus causes a certain time constant, so that this half-wave rectifier is essential at low speeds emits more energy than at high speeds. At high speeds therefore acts primarily Line off the one half-wave rectifier that is directly connected to the storage capacitor. When starting of the motor and low speeds, however, both half-wave rectifiers have an effect (so it is a full-wave rectification before), which increases the total energy output and thus a voltage drop the battery is balanced when the engine is started, especially when starting the engine a cold internal combustion engine in frost is of great advantage.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.Advantageous further developments of the invention emerge from patent claims 2 to 4.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Es zeigtIn the drawing, exemplary embodiments of the device according to the invention are shown. It shows

Fig. 1 das Gesamtschaltbild einer Kondensatorzündeinrichtung mit einem Transformator-Wandler einschließlich einer Sekundärwicklung in unsymmetrischer Brückenschaltung des Wandlers,1 shows the overall circuit diagram of a capacitor ignition device with a transformer converter including a secondary winding in the unbalanced bridge circuit of the converter,

Fig. 2 eine Hauptsekundärwicklung eines Transformator-Wandlers mit einer Hilfswicklung und mit einer Schaltung gleichrichtender Dioden, und2 shows a main secondary winding of a transformer converter with an auxiliary winding and with a circuit of rectifying diodes, and

Fig. 3 die Kennlinie des Spannungsverlaufs am Speicherkondensator bei der Nennspannung und beim Start während des Spannungsabfalls in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinen-Drehzahl; dieser Spannung wird auch die induzierte Spannung an der Zündspule angemessen sein.3 shows the characteristic curve of the voltage curve on the storage capacitor at the nominal voltage and at Start during the voltage drop as a function of the engine speed; this Voltage will also be appropriate to the induced voltage on the ignition coil.

Nach Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße elektronische Kondensatorzündeinrichtung für Brennkraftmaschinen als Energiequelle eine Batterie 1, einen Schalter 2, einen Entstörungskondensatos 3, eine Schutz-Diode 4, Teilerwiderstände 5 und 6, einen Kondensator 7, einen Transistor 8, einen Wandler-Transformator 9, eine Hauptsekundärwicklung 10, gleichrichtende Hauptdioden 12 und 13, die in Fluß-Richtung des Wandlers angeschlossen sind, gleichrichtende Hilfsdioden 14 und 15, die in Sperr-Richtung des Wandlers angeschlossen sind, einen Widerstand 16, der in Reihe mit der gleichrichtenden Hilfsdiode 15 geschaltet ist, die in Sperr-Richtung des Wandlers angeschlossen ist, wobei der Widerstand 16 zur Einstellung der Ladekonstanten und auch des Verlaufs der erhöhten Spannung dient, ferner eine stabilisierende Last 17, einen Schutzkondensator 18,According to Fig. 1 comprises the electronic according to the invention Capacitor ignition device for internal combustion engines as an energy source a battery 1, a Switch 2, a suppression capacitor 3, a protective diode 4, divider resistors 5 and 6, a Capacitor 7, a transistor 8, a converter-transformer 9, a main secondary winding 10, rectifying main diodes 12 and 13, which are connected in the forward direction of the converter, rectifying Auxiliary diodes 14 and 15, which are connected in the reverse direction of the converter, a resistor 16, which is connected in series with the rectifying auxiliary diode 15, which is in the reverse direction of the Converter is connected, the resistor 16 for setting the charging constant and also the The course of the increased voltage is used, furthermore a stabilizing load 17, a protective capacitor 18,

einen Thyristor 19, einen Speicherkondensator 20, einen Schutzwiderstand 21, eine Speisewicklung 22, eine Anlassersteuerschaltung 23, einen kontaktlosen Impulsgeber 24 (magnetischen Geber od. dgl.), eine Zündspule 25 und eine Zündkerze 26.a thyristor 19, a storage capacitor 20, a protective resistor 21, a supply winding 22, a starter control circuit 23, a contactless pulse generator 24 (magnetic encoder od. The like.), a Ignition coil 25 and a spark plug 26.

Nach Fig. 2 hat die elektrordsche Kondensatorzündeinrichtung eine Sekundärhilfswicklung 11, die infolge der geringen abgenommenen Leistung aus einem schwächeren Leiter hergestellt werden kann als die Hauptsekundärwicklung 10. Die gleichrichtende Hauptdiode 13 kann bei genügender Spannungsbemessung der Hauptdiode 12 und der Hilfsdiode 15 in der Schaltung nach Fig. 2 wegfallen.According to Fig. 2, the electrical capacitor ignition device a secondary auxiliary winding 11, which due to the low power taken from a weaker conductor can be made than the main secondary winding 10. The rectifying The main diode 13 can, if the voltage rating is sufficient, the main diode 12 and the auxiliary diode 15 omitted in the circuit of FIG.

Nach Fig. 3 zeichnet sich die erfindungsgemäße elektronische Kondensatorzündeinrichtung durch den Verlauf der Spannung am Speicherkondensator in Abhängigkeit von der Drehzahl aus. Die Vollinien-Kurven I₁ und I₂ stellen die Spannungen von den Hilfsdioden dar, die in Sperr-Richtung des Wandlers angeschlossen sind, und die Vollinien-Kurven II, und H₂ zeigen die Spannungen von den gleichrichtenden Hauptdioden, die in Fluß-Richtung des Wandlers geschaltet sind. In Strichlinie ist der Verlauf der selbständigen Schaltsysteme der Wandler in Fluß- und Sperr-Richtung dargestellt. Ferner zeigen die Vollinien Kurven I₁ und H₁ den Verlauf bei Nennbetriebsspannung und die Vollinien-Kurven I₂ und H₂ den Verlauf bei verminderter Batteriespannung beim Starten. Diese Kurven sind nur kurze Zeit von Bedeutung, denn mit steigender Drehzahl steigen auch die ßatteriespannungen. Im Bereich η_λ der Anlaßdrehzahl ist auch beim Absinken der Batteriespannung die Spannung am Speicherkondensator äquivalent wie bei der Betriebsspannung.According to FIG. 3, the electronic capacitor ignition device according to the invention is characterized by the profile of the voltage on the storage capacitor as a function of the speed. The full line curves I ₁ and I _{2 show} the voltages from the auxiliary diodes connected in the reverse direction of the converter, and the full line curves II and H ₂ show the voltages from the rectifying main diodes connected in the forward direction of the converter are switched. The course of the independent switching systems of the converter in flow and blocking direction is shown in dashed lines. Furthermore, the solid line curves I ₁ and H _{1 show} the course at nominal operating voltage and the solid line curves I ₂ and H _{2 show} the course when the battery voltage is reduced when starting. These curves are only of importance for a short time, because the battery voltages rise as the speed increases. In the range η _{λ of} the starting speed, even when the battery voltage drops, the voltage on the storage capacitor is equivalent to that of the operating voltage.

Die Arbeitsweise der elektronischen Kondensatorzündeinrichtung ist folgende:The functioning of the electronic capacitor ignition device is as follows:

Die Gleichspannung der Batterie 1 wird mittels des Wandlers bzw. Wechselrichters 5-11 auf eine höhere Wechselspannung umgeformt. Diese Spannung wird mittels des Zweiwegwandlers bzw. Gleichrichters 12 bis 16 gleichgerichtet und lädt den Speicherkondensator 20 auf. Durch die gleichrichtenden Hilfsdioden 14 und 15 und den Widerstand 16, die den Spannungsverlauf bestimmen, und in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl tritt bei niedriger Drehzahl am Speicherkondensator 20 eine erhöhte Spannung auf. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Zweiwegwandlers wird ein Leerlauf des Wandlers vermieden. Die schützende stabilisierende Last 17 sichert die Einhaltung der zulässigen Spannung für den Thyristor 19, besonders beim Abschalten der Zündspule 25. Die Einspeisung eines positiven Anlaßimpulses aus der Anlaßsteuerschaltung 23 im gewünschten Augenblick mittels des kontaktlosen Impulsgebers 24 in die Steuerelektrode des Thyristors 19 macht diesen leitend, und die Entladung des Speicherkondensators 20 erfolgt über die Primärwicklung der Zündspule 25 und den Thyristor 19. Durch Transformation in der Sekundärwicklung der Zündspule 25 entsteht die nötige Hochspannung für die Funkenbildung an der Zündkerze 26 und zur Gemischzündung in der Brennkraftmaschine. The DC voltage of the battery 1 is increased to a higher level by means of the converter or inverter 5-11 Converted AC voltage. This voltage is generated by means of the two-way converter or rectifier 12 to 16 rectified and charges the storage capacitor 20. Through the rectifying auxiliary diodes 14 and 15 and the resistor 16, which determine the voltage profile, and as a function of the engine speed an increased voltage occurs at the storage capacitor 20 at low speed. By using the two-way converter according to the invention, idling of the converter is avoided. The protective stabilizing load 17 ensures compliance with the permissible voltage for the thyristor 19, especially when switching off the ignition coil 25. The injection of a positive starting pulse from the Start control circuit 23 at the desired moment by means of the contactless pulse generator 24 in the control electrode of the thyristor 19 makes it conductive, and the storage capacitor 20 is discharged via the primary winding of the ignition coil 25 and the thyristor 19. By transformation in the secondary winding the ignition coil 25 generates the high voltage required for sparking on the spark plug 26 and for mixture ignition in the internal combustion engine.

Es ist charakteristisch für die erfindungsgemäße Zündeinrichtung nach Fig. 3, daß bei kleiner Maschinendrehzahl die Funktion die Hilfsdioden 14 und 15 und ijei höherer Maschinendrehzahl die Hauptdioden 12 und 13 übernehmen, die für eine größere Strombelastung dimensioniert sein müssen.It is characteristic of the ignition device according to the invention according to FIG. 3 that when the engine speed is low the function of the auxiliary diodes 14 and 15 and ijei higher engine speed the main diodes 12 and 13 take over, which must be dimensioned for a higher current load.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Elektronische Kondensatorzündeinrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einem Wechselrichter, einem Zweiweggleichrichter, einem Speicherkondensator, einem Thyristor und einer Zündkerze, wobei der Speicherkondensator aus einem Transformator des Wechselrichters mittels des Zweiweggleichrichters aufladbar ist, der an die Sekundärseite des Transformators in Fluß- und Sperr-Richtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweiweggleichrichter aus zwei gegeneinander gegenphasig geschalteten Einweggleichrichterzweigen (12, 13; 14,15 bzw. 12,13; 13,15) besteht, von denen der eine direkt und der andere über einen Serienwiderstand (16) mit dem Speicherkondensator (20) verbunden ist.1. Electronic capacitor ignition device for internal combustion engines, with an inverter, a full-wave rectifier, a storage capacitor, a thyristor and a Spark plug, the storage capacitor from a transformer by means of the inverter of the full-wave rectifier can be charged, which is connected to the secondary side of the transformer in flux and Reverse direction is connected, characterized in that the full-wave rectifier two half-wave rectifier branches (12, 13; 14, 15 or 12.13; 13,15), one of which is direct and the other via a series resistor (16) is connected to the storage capacitor (20).

2. Kondensatorzündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (20) aus einer Sekundärwicklung (10) des Wechselrichter-Transformators (9) aufladbar ist.2. Capacitor ignition device according to claim 1, characterized in that the storage capacitor (20) consists of a secondary winding (10) of the inverter transformer (9) can be charged.

3. Kondensatorzündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (20) aus zwei Sekundärwicklungen (10, 11) des Wechselrichter-Transformators (9) aufladbar ist, von denen die eine als Hilfswicklung (11) in dem anderen, den Serienwiderstand3. Capacitor ignition device according to claim 1, characterized in that the storage capacitor (20) consists of two secondary windings (10, 11) of the inverter transformer (9) can be charged, one of which is used as an auxiliary winding (11) in the other, the series resistor

(16) enthaltenden Einweggleichrichterzweig (13, 15) angeordnet ist (Fig. 2).(16) containing half-wave rectifier branch (13, 15) is arranged (Fig. 2).

4. Kondensatorzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Einweggleichrichterzweigen (12, 13; 14, 15 bzw. 12,13; 13,15) eine stabilisierende Schutzlast4. capacitor ignition device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the half-wave rectifier branches (12, 13; 14, 15 or 12, 13; 13, 15) a stabilizing protective load

(17) parallel geschaltet ist.(17) is connected in parallel.