Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Zündsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Zündsystem ist bekannt aus EP-A-0034787.

[0002] Die Verwendung von Wechselstrom zur Fremdzündung bei Verbrennungskraftmaschinen ist bekannt. Die Verwendung von Wechselstrom für die Zündung hat den Vorteil, daß die Funkenentladung an der Zündkerze über einen beliebigen Zeitraum aufrechterhalten werden kann und so dem Augenblicksbedarf des Motors leicht angepaßt werden kann, was den Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine durch die vollständigere Ausnutzung des Brennstoffgemisches erhöht und die Schadstoffe im Abgas reduziert.

[0003] In der DE-OS 1 539 183 ist eine Zündungsanordnung mit einem Primär- und Sekundärkreis eines Aufwärtstransformators beschrieben, dessen Primärkreis als Parallel- und Serienresonanzkreis ausgelegt ist. Dieser Resonanzkreis erzeugt nach einer Schnellentladung im Sekundärkreis einen Wechselstrom an den Zündkerzenkathoden. Weiterhin ist aus der DE-OS 25 17 940 ein Kondensator-Zündsystem für Brennkraftmaschinen mit ferromagnetischer Resonanz bekannt, bei dem erst im Anschluß an jede Entladung des primärseitigen Kondensators ein zweiter Steuerkreis einen oszillierenden Strom in der Primär- und Sekundärwicklung erzeugt und so für eine vorbestimmte Zeitspanne an der Zündkerze einen Wechselstrom fließen läßt.

[0004] Eine weitere Wechselstromzündungsanordnung ist in der DE-OS 29 34 573 beschrieben. Bei dieser Zündanlage steuert eine Oszillatorschaltung eine mit der Primärwicklung einer Zündspule verbundende Transistorgegentaktschaltung. Diese Oszillatorschaltung wird von den Schaltstellungen der Unterbrecherkontakte eines Zündverteilers angesteuert und erzeugt an den Zündkerzen ein Wechselstromsignal mit konstanter Frequenz.

[0005] Ein Nachteil dieser bekannten Zündsysteme ist, daß die Energiezufuhr über eine konstante Zündzeitdauer erfolgt und so ein Wechselstromsignal mit konstanter Leistung an den Zündkontakten erzeugt. Dieses kann bei ungünstigem Abschluß des Sekundärkreises, z. B. bei nicht erfolgter Zündung des Gemisches, bei kurzgeschlossenen Zündkontakten oder abgezogenem Zündkerzenstecker, zu einer zu hohen Leistungszufuhr führen, die die Beschädigung oder gar Zerstörung der elektrischen Bauteile der Zündanlage zur Folge haben kann.

[0006] Wesentlich bei dem aus EP-A-0034787 vorbekannten Zündsystem für Brennkraftmaschinen ist die Tatsache, daß der dort beschriebene freischwingende Wechselspannungsgenerator im Betrieb des Zündsystems ununterbrochen schwingt. Damit eine Zündung stattfindet, ist bei diesem Zündsystem auf der Sekundärseite zwingend ein Schalter (I) parallel zur Zündkerze geschaltet. Nur wenn dieser Schalter geöffnet wird, kann die Zündkerze zünden, da dann erst eine ausreichend hohe Zündspannung an der Zündkerze anliegt.

[0007] Das zwingende Vorhandensein eines elektromechanischen oder elektronischen Schalters an der Sekundärseite des Zündsystems ergibt sich u. a. aus der Formulierung von Patentanspruch 1 im Dokument EP-A-0034787. In der Beschreibung wird explizit auf Seite 3, Zeilen 19 bis 24 darauf hingewiesen, daß "der Zündfunken an den Elektroden der Zündkerzen Z1 bis Z4 ... erzeugt (wird), wenn die mechanischen Schalter I ... geöffnet werden. Dann und nur dann wird die erforderliche Spannung für die Erzeugung des Zündfunkens an den Elektroden der Zündkerzen Z1 bis Z4 gebildet".

[0008] Ein solcher sekundärseitig zwingend notwendiger Schalter hat eine Reihe von Nachteilen. Zum einen muß dieser Schalter die auf der Sekundärseite erzeugte Hochspannung verkraften. Dies kann nur dann vermieden werden, wenn auf der Sekundärseite eine Hilfswicklung - gemäß Fig. 8 von EP-A-0034787-vorgesehen wird, zu welcher der Schalter I parallel zu schalten ist. Dank der Hilfswicklung kann zwar die Hochspannung am Schalter reduziert werden. Die Hilfswicklung bedarf aber zusätzlichen Schaltungeaufwandes, was natürlich unerwünscht ist.

[0009] Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird deshalb in Anbetracht des Dokumentes EP-A-0034787 darin gesehen, das dort beschriebene Zündsystem wesentlich zu vereinfachen, so daß eine sekundärseitige Schalteinrichtung entbehrlich ist.

[0010] Diese Aufgabe wird durch ein Zündsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0011] Ein Zündsystem nach der Erfindung weist folgende Eigenschaften auf bzw. ermöglicht diese :

1. Die Zündung des Brennstoffgemisches soll nach der Triggerung in kurzer Zeit, möglichst in wenigen µs, erreicht werden.

2. Beliebig einstellbare Brenndauer.

3. Problemlose statische und dynamische Triggerung.

4. Brennspannungstoleranzen, die durch Ionisationsschwankungen in den Zündstromnulldurchgängen, Verwirbelung und Druckänderungen des im Zylinderraumes befindlichen Brennstoffgemisches auftreten, sollen keinen oder nur einen geringen Einfluß auf den Brennstrom haben.

5. Hohe Betriebssicherheit sowohl im Normalbetrieb als auch bei Störfällen, z. B. bei offenem oder kurzgeschlossenem Zündkerzenausgang, über einen großen Temperaturbereich.

6. Geringe Hochfrequenzströungen.

[0012] Eine Zündendstufe (Primär- und Sekundärkreis) ist derart geschaltet, daß sie in einem stromkontrollierten Sperr- und Durchflußwandlerbetrieb arbeitet.

[0013] Dabei wird die Sperr- und Durchflußzeit eines Schalttransistors im Primärkreis der Zündendstufe in Abhängigkeit von der im Sekundärkreis verbrauchten Zündenergie derart gesteuert, daß bei erhöhter Energieaufnahme im Sekundärkreis die Zündstromfrequenz ansteigt und bei verminderter Energieaufnahme sinkt. Die Regelgröße, die die Einschaltzyklen des Transistors bestimmt, ist die vom Sekundärkreis dem Primärkreis nicht vollständig entzogene Energie, wobei die konstante Energiezufuhr in den Ausgangskreis durch die Strom-kontrolle an einem Widerstand im Primärkreis sichergestellt ist. Dadurch wird dem Primär- und damit auch Sekundärkreis nur soviel Energie zugeführt, wie zur Erzeugung eines Zündfunkens und zur Regelung notwendig ist.

[0014] Durch den Einsatz einer Energierückgewinnungsdiode, wird die nicht verbrauchte Energie dem Energiespeicher (Batteriej wieder zugeführt und bewirkt so einen kleineren Verbrauch der elektrischen Leistung.

[0015] Schaltungstechnische Möglichkeiten sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben. Insbesondere kann mit einer Zündendstufe die Zündung zweier Zündkerzen (siehe Anspruch 4) erfolgen. Um die Einschwingzeit der Zündendstufe zu vermindern, ist das die Energiezufuhr steuernde Stellglied (ohmscher Widerstand) durch zusätzliche schaltungstechnische Maßnahmen (s. Anspruch 8 und 9) schaltbar.

[0016] Die selbstschwingende Zündendstufe (Ausgangskreis) besteht aus einem Schalter (Transistor), einer Energierückgewinnungsdiode, einer Ladespule, einem Primärschwingkreiskondensator und einer Sekundärkreisspule, die in Serie zu einer Zündkerzenkapazität geschaltet ist. Die Funktion des Ausgangskreises ist mit einem Bandfilter vergleichbar. Es sind elektrisch zwei Zustände möglich:

1. Nichterfolgte Zündung:

[0017] In diesem Fall ist der Sekundärkreis wegen seiner ca. 50 %-igen Kopplung überkritisch mit dem Primärkreis durch die Gegeninduktivität verkoppelt. Damit wird erreicht, daß die Hochspannung im Sekundärkreis innerhalb weniger Perioden sehr schnell in voller Höhe zur Verfügung steht.

2. Erfolgte Zündung:

[0018] In diesem Fall ist der Sekundärkreis durch die starke Bedämpfung mit dem Primärkreis lose gekoppelt. Hierdurch wird eine quasi Konstantstromspeisung nahezu unabhängig von der Zündspannung garantiert.

[0019] Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die im nichtgezündeten Zustand die Zündkerzenkapazität mit berücksichtigt, bietet folgende Sicherheiten und Möglichkeiten:

a) Die erforderliche Zündspannungsamplitude wird schnell erreicht, so daß auf einen Verteiler, der erst bei bzw. nach Erreichen der erforderlichen Zündspannungsamplitude die Zündkerze an Zündspannung legt, verzichtet werden kann.

b) Fehlt z. B. wegen abgezogenen Zündsteckers die Kapazität im Sekundärkreis, so steht zum Schutz der Zündspule nicht die volle Hochspannung am sekundärseitigen Ausgang an, wodurch eine höhere Betriebssicherheit des Zündsystems erreicht wird.

c) Bei kurzgeschlossener Zündkerze sowie im Normalbetrieb bei unterschiedlichen Zündspannungen ist der Zündstrom stets auf einen für das Zündsystem unschädlichen Wert begrenzt.

[0020] Diese Technik der vorher beschriebenen selbstschwingenden Zündstufe läßt eine erhebliche Reduzierung des Volumens einer Zündspule zu, da die Gesamtzündfunkenenergie über einen größeren Zeitraum der Zündkerze zugeteilt wird und da die Übertragungsfrequenz hoch ist und die Schaltung sowohl im Sperr- als auch im Durchflußbetrieb arbeitet.

[0021] Ein weiterer Vorteil dieser Zündendstufe ist, daß für den Aufbau der Zündspule nur eine Kopplung von ca. 50 % benötigt wird. Dieses Merkmal erlaubt, daß eine derartige Miniaturzündspule kostengünstig und einfach zu fertigen ist.

[0022] Da jede Zündkerze mit einer Miniaturzündspule versehen ist und da die Schaltung im Durchfluß- und im Sperrwandlerbetrieb arbeitet und somit die Hochspannung praktisch sofort nach dem Triggern zur Verfügung steht, kann auf einen Verteiler problemlos verzichtet werden. Besonders geeignete, kleindimensionierbare und und rationell herstellbare Zündspulen sind Gegenstand der Ansprüche 10 bis 17.

[0023] Mit der Erfindung werden gemäß den Ansprüchen 18 bis 20 ferner Maßnahmen zur Steuerung, insbesondere Triggerung der Zündwege vorgeschlagen.

[0024] Zur Triggerung der einzelnen Zündwege sind an sich verschiedene Methoden bekannt. So ist aus der DE-OS 36 30 272 A1 eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Position einer mit einer Welle der Brennkraftmaschine verbundenen Geberscheibe, die eine als Markierung ausgebildete Perforation aufweist, von einem raumfesten Aufnahmesegment registriert wird. Mittels eines induktiv arbeitenden Sensors, der z.B. nach dem Wirbelstromprinzip arbeitet, werden Impulse gewonnen, die elektronisch ausgewertet werden. Eine Steuer- und Reqelschaltung erzeugt mit diesen Impulsen dann die Ein- und Ausschaltsignale für die einzelnen Zündzweige. Diese bekannte Methode ist auch zum Triggern der hochfrequenten Wechselstromzündung geeignet. Nachteilig bei der oben angeführten dynamischen Erfassung des Zündzeitpunkts ist, daß zur Positionsbestimmung eine Bewegung der Geberscheibe notwendig ist, um die Position der Nocken- bzw. Kurbelwelle eindeutig zu bestimmen.

[0025] Zu einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Erfassung des für die Zündung korrekten Triggerzeitpunktes ein Rad auf der Nockenwelle montiert, das auf seiner Oberfläche einen eindeutig identifizierbaren Code trägt, der von einem Sensor abgetastet wird. Die Abtastung durch den Sensor erfolgt z.B. induktiv oder optisch. So kann z.B. auf der peripheren Oberfläche eines Nockenwellenrades ein 10 Bit-Gray-Code angeordnet sein, der von einem induktiven Multifunktionssensor mit integrierter Elektronik abgetastet wird und der Position des Nockenwellenrades entsprechende elektrische Signale liefert. Eine verbesserte Auflösung wird dadurch erreicht, daß man den Code nichtlinear ausführt, d.h. daß eine hohe Auflösung nur im Bereich vom oberen Totpunkt vorgesehen ist. Mittels dieser Sensor- und Geberanordnung ist eine statische und/oder dynamische Erfassung z.B. des Kurbelwellenwinkels möglich, um somit die Position der Kolben und die Zündfolge für die einzelnen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine festzulegen. Vorteilhafterweise ist hierdurch ein Selbststart ohne Verwendung einer Starteinrichtung, z. B. eines elektrischen Anlassermotors, möglich.

[0026] Die für das erfindungsgemäße Zündsystem erforderlichen Komponenten insbesondere für die Steuer- und Regelschaltung und des Sensors zur statischen und/oder dynamischen Erfassung des Kurbelwellenwinkels können in herkömmlicher Weise direkt mittels einer bekannten Niederspannungsquelle, z. B. einer Gleichspannungsbatterie von 12 Volt, gespeist werden. Nachteil einer solchen Niederspannungsversorgung ist, daß die Versorgung von elektrischen Verbrauchern, die eine hohe Betriebsspannung benötigen, wie z. B. Scheinwerfer mit Gashochdruckentladungslampen oder auch das oben beschriebene Zündsystem, nur mit einem ungünstigen Wirkungsgrad möglich ist. Diesem Nachteil läßt sich erfindungsgemäß vorteilhaft durch die Verwendung eines Schaltnetzteils, also eines Wechselrichters mit Transformator, in einem Kfz begegnen. Bei Verwendung einer Batterie mit Klemmenspannung von 6 bis 18 Volt lassen sich mittels der Schaltnetzteile Ausgangsspannungen von z. B. 150 Volt bei einem besseren Wirkungsgrad als bei Verwendung einer Niederspannungsversorgung für die elektrischen Verbraucher und ihr Versorgungsnetz im Kraftfahrzeug bereitstellen.

[0027] Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.

[0028] Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Zündanlage,

Figur 2a

eine Schaltungsanordnung einer Zündendstufe nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2b

eine Schaltungsanordnung einer Zündendstufe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 2c

ein Ersatzschaltbild der in Figur 2a und Figur 2b dargestellten Zündendstufen,

Figur 3a

eine Schaltungsanordnung einer Zündendstufe nach einem dritten Ausführungsbeispiel,

Figur 3b

ein Ersatzschaltbild der in Figur 3a dargestellten Schaltungsanordnung,

Figur 4a

ein Zeitdiagramm des Spannungsverlaufes der Drainspannung U_D des Schalttransistors TR1 bzw. TR2 in den Schaltungen gemäß Figur 2 bzw. 3,

Figur 4b

ein Zeitdiagramm der Sekundärkreisspannung UH entsprechend der Drainspannung gemäß Figur 4a,

Figur 4c

ein Zeitdiagramm des Drainstroms I_D des Schalttransistors entsprechend der Drainspannung gemäß Figur 4a,

Figur 5a

ein Zeitdiagramm des Drainstroms I_D des Schalttransistors im Zündfall,

Figur 5b

ein Zeitdiagramm der Brennspannung U_B an der Zündkerze im Zündfall,

Figur 5c

ein Zeitdiagramm der Drainspannung U_D des Schalttransistors im Zündfall,

Figur 6

eine Schaltungsanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel für drei Zündwege für je zwei Zündkerzen,

Figur 7

eine Schaltungsanordnung eines Zündendstufenmoduls nach einem Ausführungsbeispiel,

Figur 8

eine Schaltungsanordnung eines Zündendstufenmoduls nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figur 9

eine schematische Darstellung einer gesamten Zündendstufe nach einem Ausführungsbeispiel,

Figur 10

eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer zusammengesetzten Miniaturzündspule für ein Zündsystem nach der Erfindung,

Figur 11a - 11c

die Einzelteile der Zündspule gemäß Figur 10 in Explosionsdarstellung, nämlich

Figur 11a

das Spulengehäuse,

Figur 11b

den Spulenkern und

Figur 11c

den Spulenkörper,

Figur 12

schematische Darstellung einer Triggervorrichtung zur statischen und/oder dynamischen Erfassung des Kurbelwellenwinkels für ein Zündsystem nach der Erfindung,

Figur 13

schematische Darstellung einer Triggervorrichtung zur statischen und/oder dynamischen Erfassung des Kurbelwellenwinkels für ein Zündsystem nach der Erfindung und

Figur 14

eine bekannte Schaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil.

[0029] Die erfindungsgemäße Zündanordnung besteht aus den in Figur 1 schematisch dargestellten Komponenten, das sind:

• eine Niederspannungsversorgung (BAT),
• ein zentrales Schaltnetzteil (UF1),
• hochspannungserzeugende Zündendstufen (ZST), entsprechend der Zylinderanzahl
• sowie Miniaturzündspulen (ZSP) für jede Zündkerze.

[0030] Die in Fig. 2a dargestellte erfindungsgemäße Zündendstufe besteht aus einem Primär- und Sekundärschwingkreis. Der Primärschwingkreis weist eine Steuer- und Regelschaltung 2 mit einem Triggereingang 4, einem Triggerausgang 6 und einer Versorgungsleitung 8, sowie die Primärwicklung P1 einer Zündspule auf. Seriell zu der Primärkreisspule P1 liegt ein Schwingkreiskondensator C1 und parallel zu diesem eine Energierückgewinnungsdiode D1. Ein Transistor TR1 ist drainseitig mit dem Kondensator C1 und der Energierückgewinnungsdiode D1 verbunden. Sourceseitig ist der Transistor TR1 über einen Strombegrenzungswiderstand R1 mit Masse verbunden. Eine Zuleitung 10 verbindet den Transistor sourceseitig mit dem Strombegrenzungswiderstand R1 und der Steuer- und Regelschaltung 2. Sekundärseitig liegt die Sekundärspule (S1) in Serie zu der Wicklungs- und Zündkapazität CW, wie mit dem Ersatzschaubild gemäß Fig. 2c veranschaulicht ist. Bei dem im übrigen entsprechenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b ist eine Endstufe mit galvanisch getrennter induktiver Auskopplung vorgesehen.

[0031] Eine vollständige Schaltung einer Zündendstufe mit drei Zündwegen für je zwei Zündkerzen, also für einen Sechszylindermotor z. B., ist mit Fig. 6 veranschaulicht.

[0032] Die Versorgung von zwei Zündkerzen Z1, Z2 mit einer gemeinsamen Zündendstufe ist in Figur 3a dargestellt. Bei einer derartigen Beschaltung des Sekundärkreises ist die effektive Wicklungs- und Zündkerzenkapazität CW vorzugsweise um den Faktor 2 reduziert, wie dies im Ersatzschaltbild in Figur 3b veranschaulicht ist.

[0033] Die prinzipielle Funktion der erfindungsgemäßen Zündendstufe ist anhand von Zeitdiagrammen in Figur 4a bis 4c soweit und in Figur 5a bis 5c für die o. g. Ausführungsbeispiele der Zündendstufen erläutert.

[0034] Die Funktion der selbstschwingenden Zündendstufe ist zunächst für den nichtgezündeten Fall (Zeitdiagramm in Figur 4a bis 4c) erläutert.

[0035] Hierbei sei der eingeschwungene Zustand bei ausreichender Batteriespannung vorausgesetzt. Die Spannung am Punkt A in der Schaltung gemäß Fig. 6 gibt mit Low-Pegel den Betrieb frei, sobald der Verstärker OP1 durchgeschaltet ist. Ein Triggereingang, z. B. Triggereingang 3', werde entsprechend der Steuerung an Masse gelegt. Da die Referenzspannung am Punkt B positiver als die Spannung am invertierenden Eingang des Verstärkers OP4 ist, wird der Transistor T30 durchgeschaltet. Es beginnt ein Drainstrom I_D zu fließen (Bild 4c, Zeitabschnitt t1). Die hierdurch am Widerstand R37 abfallende Spannung steigt so lange, bis die Spannung am invertierenden Eingang (-) des Verstärkers OP4 positiver wird als die Referenzspannung am Punkt B.

[0036] In diesem Zeitpunkt wird der Transistor T30 gesperrt. Die in der Speicherspule SP30 enthaltene Energie regt den gesamten Ausgangskreis zum Schwingen an. Ein Teil der Energie transferiert in den Kondensator C33 des Primärbereichs (CR bzw. C im Ersatzschaltbild 2c bzw. 3b) und der andere Teil in die Kapazität CW des Sekundärkreises (Zeitabschnitt t2, Bild 4a und 4b).

[0037] Die Spannung U_D am Kondensator C33 steigt sinusförmig so lange an, bis keine Energie mehr in der Speicherspule vorhanden ist. Im Zeitabschnitt t3 wird die kapazitiv gespeicherte Energie wieder der Induktivität L1 zugeführt, bis die Spannung am Kondensator C33 gleich Null ist. Zu diesem Zeitpunkt (Beginn von Zeitabschnitt t4) gibt die Speicherspule SP30 sekundärseitig ihre vorhandene Energie in den Kreiskondensator CW ab. Primärseitig ist dies analog für C33 nicht möglich, da die Spannung U_D am Drain vom Transistor T30 nicht negativ werden kann, weil die interne Diode (Energierückgewinnungsdiode D1 bzw. D2 in Figur 2a, 2b, 3a) leitend wird. Die in der Primärinduktivität L1 vorhandene Energie wird über die Diode D30 ins Bordnetz zurückgeliefert (Zeitabschnitt t4, s. Abbildung 4c).

[0038] Der Sekundärkreis kann in diesem Zeitabschnitt t4 weiterschwingen (s. U_H in Figur 4b). Seine Frequenz ist etwas höher als vorher, denn die Streuinduktivität L σ (Figur 2c, Figur 3b) liegt jetzt parallel zu der Gegeninduktivität M (s. Fig. 2c, 3b). Während dieses Zeitabschnittes t4 wird der Transistor T30 wieder durchgeschaltet, denn es liegen die gleichen Spannungsverhältnisse wie zu Beginn vom Zeitabschnitt tl vor. Ist die Energie der Induktivität L1 vollständig an die Spannungsquelle (Bordnetz) abgegeben, startet ein neuer Zyklus.

[0039] Zum Verständnis der Schaltung sei erwähnt, daß der Transistor T30 nur dann gesperrt ist, wenn die Spannung am invertierenden Eingang (-) des Verstärkers OP4 positiver ist als die Referenzspannung am Punkt B. Dieser Fall tritt immer dann ein, wenn der Ladestrom I_D einen durch den Widerstand R37 bestimmten Grenzwert erreicht. Diese Stromkontrolle garantiert gleichbleibende Energiezufuhr in die Primärinduktivität L1, wobei die Energie - von geringen Verlusten abgesehen - im Falle der Nichtzündung vollständig ins Bordnetz zurückgeliefert wird. Der gesperrte Zustand des Transistors T30 wird durch den Spannungsabfall am Widerstand R36 solange aufrechterhalten, wie die Spannung U_D am Drain des Transistors T30 positiver ist als die Batteriespannung.

[0040] Die beschriebene Funktion der Selbsterregung ändert sich für den Zündfall nicht, denn die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärinduktivität von ca. 50 % verhindert eine totale Bedämpfung des Primärkreises durch den stark gedämpften Sekundärkreis. Für den gezündeten Fall ergibt sich dann folgende Funktionsweise:

[0041] Wegen des die Zündkerze nun durchfließenden Brennstromes wird jetzt erheblich weniger Energie der Spannungsquelle, also ins Bordnetz, zurückgeliefert (Figur 5a). Der Zeitabschnitt t4 verkürzt sich deutlich. Ein Vorteil dieses Schaltungskonzeptes ist, daß nur soviel Energie zurückgeliefert wird, wie nach der Zündphase noch vorhanden ist.

[0042] Dieses Verhalten ermöglicht, daß die gewünschte Stromspeisung in einem großen Bereich weitgehend unabhängig von der Brennspannung U_B erfolgt. Wenn die Brennspannung U_B groß ist, wird ein großer Energieanteil im Lichtbogen der Zündkerze in Wärme umgewandelt. In diesem Fall wird weniger Restenergie zur Spannungsquelle zurückgeliefert. Die Folge ist, daß
   der Zeitabschnitt t4 kleiner wird, die Zündfrequenz ansteigt und die Stromaufnahme zunimmt.

[0043] Für den umgekehrten Fall, also für niedrige Brennspannung U_B, gilt das inverse Verhalten, d.h., daß
   der Zeitabschnitt t4 größer wird, die Zündfrequenz nimmt ab und die Stromaufnahme sinkt.

[0044] Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel ergeben sich unterschiedliche Primär- und Sekundärkreisfrequenzen.

[0045] Bei geeigneter Schaltungsdimensionierung beträgt z.B. die Primärfreilaufkreisfrequenz ungefähr 18 kHz und die Sekundärkreisfrequenz:

43,5 kHz bei offenem Primärkreis und

60 kHz bei kurzgeschlossenem Primärkeis.

[0046] Die Grundfrequenz mit Zündkerzenabschluß beträgt ungefähr 20 kHz bei einer Brennspannung von 900 Vss.

[0047] Damit unmittelbar nach dem Einschaltsignal der Steuer- und Regelschaltung die Hochspannung an der Zündkerze in voller Höhe zur Verfügung steht, ist es von Vorteil wenn für eine definierte Zeitdauer der Drainstrom I_D durch die Drain-Source-Strecke des Transistors T30 größer ist als im vollständig eingeschwungenen Zustand. Um dies zu erreichen, wird bei der Schaltung gemäß Figur 7 mittels eines bistabilen Flip-Flops FF1, das das Gate des Transistors T40 ansteuert, der Ist-Meßwert der drainstromproportionalen Spannung am Punkt C reduziert. Die Stromamplitude wird durch den Widerstand R40 so eingestellt, daß die gespeicherte Energie in der Primärinduktivität L1 ausreichend groß ist, um die beim Einschalten noch nicht vorhandene Restenergie im Ausgangskreis zu ersetzen. Hierdurch wird die maximale Hochspannung U_H schon während der ersten Schwingungsperiode erreicht.

[0048] Das Flip-Flop FF1 kann durch die negative Flanke (Rückflanke) des ersten Stromimpulses zurückgesetzt werden. Das Zurücksetzen des Flip-Flops FF1 kann aber auch davon abhängig gemacht werden, ob eine Zündung erfolgt ist oder nicht. Die Infcrmation hierfür kann z.B. aus den sich ändernden Frequenzen abgeleitet werden.

[0049] Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Figur 8 dargestellt ist, kann mittels eines zusätzlichen monostabilen Flip-Flops FF2, bewirkt werden, daß das bistabile Flip-Flop FF1 nur während der Zeitdauer zurückgesetzt werden kann, in der der Transistorstrom I_D fließen würde, vorausgesetzt, daß eine Zündung erfolgt wäre. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei sehr stark verschmutzten Zündkerzen die Zündspannung U_H weiter ansteigt, wodurch eine Spannungsreserve für stark abgenutzte und verschmutzte Zündkerzen bereitgestellt ist.

[0050] Den Gesamtaufbau einer Zündendstufe (s. Figur 9) mit einem Zündmodul IZM mit integrierter Schaltung IC und einer Zündspule ZSP zeigt Figur 9. Die vollständige Schaltung des Zündmoduls mit einem hohen Integrationsgrad erlaubt dabei eine kostengünstige Herstellung und eine hohe Betriebssicherheit.

[0051] Die im Zusammenwirken mit den oben erläuterten Zündendstufen vorteilhaft einzusetzende Miniaturzündspule ist in den Figuren 10 und 11a - 11c im einzelnen dargestellt. Die Miniaturzündspule besteht aus drei Einzelkomponenten, nämlich dem Spulenkörper 20, dem Spulenkern 22 und dem Spulengehäuse 24. Der Spulenkörper 20 weist eine zylindrische Grundform auf, an deren einer Endfläche eine Steckbuchse 26 einstückig angesetzt ist. Diese Steckbuchse 26 ist von einer als Schutzkappe wirkenden umlaufenden Zylinderwandung 28 umgeben und bewirkt einen kraftschlüssigen und paßgenauen Sitz auf der Zündkerze.

[0052] Auf der Mantelfläche 29 des Spulenkörpers 20 sind durch mehrere umlaufende Segmentrippen einzelne Kammersegmente 30a bis 30g, 32 gebildet. Vorzugsweise nimmt das Kammersegment 32 mit dem größten Kammerrippenabstand l die Spulenwicklung der niederimpedanten Primärkreisspule auf, da der Primärkreis mit größeren Toleranzen beim Wickelaufbau ausgeführt und zwecks einer besseren Raumnutzung kammerlos gestaltet werden kann. In die abstandskleineren Kammersegmente 30a bis 30g ist vorzugsweise die Spulenwicklung der hochohmigen Sekundärspule eingebracht. Ein Vorteil dieser Kammerwickeltechnik des Sekundärkreises ist, daß eine höhere Spannungsfestigkeit erzielt wird und geringere Wicklungstoleranzen leichter herzustellen sind. Die Leitungsanschlüsse 34 für den Primärkreis sind endseitig aus dem Spulenkörper 20 herausgeführt.

[0053] Zur Aufnahme des Spulenkerns 22 weist der Spulenkörper 20 eine konzentrische Bohrung 33 auf (siehe Figur 11c).

[0054] Der Spulenkern 22 ist pilz- bzw. T-förmig ausgeführt. Diese Form erlaubt einerseits eine einfache Montage und bewirkt andererseits eine magnetische Abschirmung und Erhöhung der Güte des Primärkreises. Der Spulenkern 22 besteht vorzugsweise aus Ferrit, das vorteilhaft bis zu einer Temperatur von 200° C keine Sättigungserscheinungen zeigt.

[0055] Zur Fixierung des Spulenkerns 22 im Spulenkörper und zum Schutz der Spulenwindungen ist das Spulengehäuse 24 für den Spulenkörper 20 mit eingesetztem Spulenkern 22 (s. Figur 11a) kappen- bzw. topfförmig ausgeführt. Zum Schutz der elektrischen Zuleitungen gegen mechanische Beanspruchungen ist an das Spulengehäuse 24 an seinem oberen Deckel ein Rohrstutzen 36 angesetzt.

[0056] In der endmontierten Form (siehe Figur 10) ist der Spulenkörper mit dem Spulengehäuse 24 wasserdicht vergossen, womit vorteilhaft die Korrosionsfestigkeit erhöht wird. Die Vergußmasse 38 erstreckt sich vorzugsweise über die die Sekundärwindungen aufnehmenden Kammersegmente 30a bis 30g. Das verwendete Vergußmaterial besteht vorzugsweise aus Silikon. Für das Spulengehäuse 24 eignet sich Plastoferrit, das z.B. mit Leitruß angereichert ist, wodurch eine magnetische und elektrostatische Abschirmung gegenüber äußeren elektromagnetischen Feldern bewirkt wird. Insgesamt erlaubt der einfache Aufbau der Zündspule eine kostengünstige Fertigung und das geringe Volumen der Zündspule eine Plazierung unmittelbar auf den Zündkerzen, was die Betriebssicherheit der Zündanlage erhöht und eine geringe HF-Störung zur Folge hat.

[0057] Zur Triggerung einzelner Zündwege wird die Winkelposition einer Kurbel- bzw. Nockenwelle mittels einer fest mit diesen verbundenen Codierscheibe 40, 42 wie in Fig. 12 bzw. Fig. 13 dargestellt, bestimmt. Fig. 12 zeigt einen Code, der zur Triggerung von 3 Zündwegen verwendet werden kann. Der Binärcode der radial angeordneten Codierspuren 44a, b, c wird mittels eines induktiven Sensors 46 ausgelesen und in der Elektronik 48 ausgewertet. Diese Elektronik stellt an ihrem Ausgang 50 die für die einzelnen Zündwege erforderlichen Triggersignale zur Verfügung. Der Code ist zweckmäßigerweise in seiner Phasenlage für die höchste Motorendrehzahl ausgelegt, so daß die nachgeschaltete Elektronik 48 in Abhängigkeit von der Drehzahl das Triggersignal den Zündendstufen verzögert zuführt.

[0058] Eine volldigitale Schaltung, bei der die Auswertung der Zündphase direkt mittels eines Bordcomputers 52 stattfindet, ist in Fig. 13 dargestellt. Das Codemuster 53 ist auf der Mantelfläche 42 des drehfest z. B. mit der Nockenwelle verbundenen Coderades angeordnet. Als Code ist vorzugsweise ein 10-Bit-Gray-Code verwendet, der z. B. von einem induktiven Multifunktionssensor 54 bzw. von einer optischen Abtastvorrichtung ausgelesen wird. Die Signale werden in einer nachgeschalteten integrierten Elektronik 52 z.B. einem Bordcomputer zur Positionsbestimmung z. B. einzelner Kolbenstellungen ausgewertet. Diese Information wird zur Triggerung der einzelnen Zündendstufen, sowie zur Dosierung und zur gesteuerten Direkteinspritzung des Treibstoffgemisches in die Zylinderräume benutzt.

[0059] Mittels einer derartigen Codierscheibe kann die Absolutposition der Kurbel- bzw. Nockenwelle bereits statisch, also im Ruhestand, bestimmt werden, was den Anlauf (Start) der Verbrennungsmaschine aus dem Ruhezustand unter Verzicht auf eine elektrische Starterreinrichtung (Anlasser) möglich macht.

[0060] Die Spannungs- und Stromversorgung elektrischer Geräte kann mittels eines Schaltnetzteils (DC-DC-Wandler) erfolgen. Die Schaltungsanordnung eines bevorzugten bekannten Schaltnetzteiles ist in Fig. 14 dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Schaltungsanordnung eines sekundär geregelten Eintaktsperrwandlers. Die Bezugszeichen von Figur 14 weichen von den Bezugszeichen des anderen Figuren ab und sind zumindest teilweise selbsterklärend.

Ansprüche

1. Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Gleichspannungsquelle und folgenden Merkmalen in wenigstens einem selbstschwingenden Zündzweig:

- eine Zündspule mit Primär- und Sekundärwicklungen (P2, S2; L1, L2),

- einen steuerbaren Halbleiterschalter (TR2; T30), der zwischen die Zündspule und die Gleichspannungsquelle geschaltet ist,

- mindestens eine an die Sekundärwicklung (S2; L2) geschaltete Zündkerze (Z1, Z2),

- einen ersten Resonanzkreis, der die Primärwicklung (P2; L1) und einen an die Primärwicklung geschalteten Kondensator (C2; C33) aufweist,

- einen zweiten Resonanzkreis, der die Sekundärwicklung und die Kapazität der mindestens einen Zündkerze aufweist,

- eine Steuerschaltung (2) zum Ansteuern des Halbleiterschalters,

- eine Energierückgewinnungsdiode (D2), die an den Halbleiterschalter geschaltet ist,

gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

- die Steuerschaltung weist einen Triggereingang (4; 3') auf, an welchen ein von außen zuführbares Signal anlegbar ist zur Freigabe des Selbstschwingens des Zündzweiges,

- eine den durch den Halbleiterschalter fließenden Strom erfassende Einrichtung (R1;R2;R37), die an die Steuerschaltung geschaltet ist und dieser Steuerschaltung ein Signal bereitstellt, damit diese Steuerschaltung den Halbleiterschalter in Abhängigkeit von diesem erfaßten Strom ein- und ausschaltet.

2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (P1) in Serie zu einem Schwingkreiskondensator (C1), einer Energierückgewinnungsdiode (D1), einem Transistor (TR1) und einem Strombegrenzungswiderstand (R1) liegt, daß der Transistor (TR1) drainseitig mit der Kathode der Diode (D1) und dem Kondensator (C1) und sourceseitig mit dem Widerstand (R1) und einer Zuleitung (10) mit der Steuer- und Regelschaltung (2) verbunden ist, daß die Primärwicklung (S1) der Zündspule mit der Sekundärwicklung (S1) elektrisch leitend verbunden ist, daß die Sekundärwicklung (S1) in Serie zur Zündkerzenkapazität liegt, daß die Primärwicklung (P1) über eine Zuleitung (8) mit einer Spannungsversorgung und der Steuer- und Regelschaltung (2) verbunden ist.

3. Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (P2) und Sekundärwicklung (S2) der Zündspule nur induktiv gekoppelt sind.

4. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (S2) der Zündspule in Serie zu einer ersten Zündkerzenkapazität und einer zweiten Zündkerzenkapazität liegt.

5. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzweig ein Zündmodul (ZM3) aufweist, das mindestens einen Verstärker (OP4), einen ersten Transistor (T30), eine in den ersten Transistor (T30) integrierte Energierückgewinnungsdiode, eine Zündspule (SP30), einen Primärkreis-Kondensator (C33) und einen ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstand (R34, R35, R36, R37) aufweist, wobei der invertierende Eingang (-) des Verstärkers (OP4) in Serie mit einer Diode (D28) und mit einer Ansteuerleitung (A) verbunden ist, wobei der Ausgang des Verstärkers (OP4) über eine Treiberstufe das Gate des ersten Transistors (T30) ansteuert und die Drain-Source-Strecke des ersten Transistors (T30) in Serie zu der Primärwicklung (L1) und dem vierten Widerstand (R37) liegt, daß der erste Transistor (T30) sourceseitig über die zueinander in Serie liegenden ersten und zweiten Widerstände (R34 und R35), mit dem invertierenden Eingang (-) des Verstärkers (OP4) und der Kathode der einen Diode (D28) verbunden ist, daß der erste Transistor (T30) drainseitig mit der Primärwicklung (L1), mit dem Primärkreiskondensator (C33) und dem mit der internen Energierückgewinnungsdiode verbundenen dritten Widerstand (R36) verbunden ist, und daß die Sekundärwicklung (L2) in Serie mit zwei Zündkerzen verbunden ist.

6. Zündsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R34) und der zweite Widerstand (R35) gemeinsam mit einem zu der Drain-Source-Strecke eines zweiten Transistors (T40) in Serie liegenden fünften Widerstands (R40) verbunden sind, daß der zweite Transistor (T40) sourceseitig an Masse liegt und daß das Gate des zweiten Transistors (T40) über einen sechsten Widerstand (R41) von dem Ausgang eines bistabilen Flip-Flops (FF1) ansteuerbar ist und dessen Ansteuereingang (S) über eine zweite Diode (D30) mit dem Ausgang eines invertierenden Verstärkers (IC28) verbunden ist, daß der Rücksetzeingang (R) des Flip-Flops (FF1) mit der Sourceseite des ersten Transistors (T30) über einen Verstärker verbunden ist und daß das bistabile Flip-Flop (FF1) den zweiten Transistor (T40) derart ansteuert, daß dieser über seine Drain-Source-Strekke mit dem fünften Widerstand (R40) leitend wird, wodurch die elektrische Leistungsabgabe in dem Primärkreis erhöht wird.

7. Zündsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücksetzeingang des bistabilen Flip-Flops (FF1) von dem Ausgang eines UND-Bausteins (UN1) angesteuert wird, wobei ein erster Eingang (E1) des UND-Bausteins (UN1) von dem Ausgang eines monostabilen Flip-Flops (FF2) und der zweite Eingang (E2) des UND-Bausteins (UN1) mit dem Eingang des monostabilen Flip-Flops (FF2) und der Sourceseite des ersten Transistors (T30) über einen Verstärker derart verbunden ist, daß das bistabile Flip-Flop (FF1) in Abhängigkeit vom Drainstrom (I_D) des ersten Transistors (T30) rücksetzbar ist.

8. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenndauer des Zündstromes bei Erhöhung der Drehzahl der Verbrennungsmaschine verringerbar ist.

9. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündstromfrequenz vorzugsweise größer als 16 kHz ist.

10. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte selbstschwingende Zündzweig aus einem integrierten Schaltungsaufbau (IZM) und einer Miniaturzündspule (ZSP) besteht.

11. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspule vorzugsweise aus einem einstückig gefertigten Spulenkörper (20), einem einstückig gefertigten Spulenkern (22) und einem einstückig gefertigtem Spulengehäuse (24) besteht.

12. Zündsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (22) pilzförmig ist.

13. Zündsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (20) mit dem Spulengehäuse (24) durch eine Vergußmasse (38) verbunden ist.

14. Zündsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (20) vorzugsweise im Bereich der Sekundärwicklung mit Vergußmasse (38) vergossen ist.

15. Zündsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Vergußmasse (38) Silikon ist.

16. Zündsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulengehäuse (24) aus Plastoferrit besteht.

17. Zündsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastoferrit mit Leitruß angereichert ist.

18. Zündsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (1) eines Kammersegmentes (32) für die Primärwicklung größer ist als die Breite (k) von Kammersegmenten (30a - 30g) für die Sekundärwicklung.

19. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei welchem Zündzeitpunkt und -dauer aus der Rotationsgeschwindigkeit und/oder der Winkelstellung von Kurbel- bzw. Nockenwelle hergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Nocken- bzw. Kurbelwelle ein Rad (40, 42) drehfest verbunden ist, dessen Oberfläche einen die Winkelstellung eindeutig identifizierenden Code (44 a, b, c) trägt, der von einem Sensor (46, 54) abgetastet und mittels einer elektronischen Schaltung (48, 52) in die Zündung steuernde Signale umgewandelt wird.

20. Zündsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Code nichtlinear ausgeführt ist, wobei die Bereiche hoher Codeauflösung den Bereichen der oberen Totpunkte der Kolben zugeordnet sind.

21. Zündsystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Code ein 1-schrittiger Gray-Code (53) ist.

22. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Teil der elektrischen Versorgung eines Kraftfahrzeuges ein Strom- und Spannungsumformer (UF1) verwendet wird.

23. Zündsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs- bzw. Stromumformer (UF1) Eingangsspannungen im Bereich 6 Volt - 18 Volt und stabilisierte Ausgangsspannungen angepaßt an die Bedürfnisse der elektrischen Verbraucher, insbesondere in einem Bereich von 5 Volt - 300 Volt, aufweist.

Claims

1. Ignition system for an internal combustion engine with a direct voltage source and the following features in at least one self-oscillating ignition arm:

- an ignition coil with primary and secondary windings (P2, S2; L1, L2),

- a controllable semiconductor switch (TR2; T30), which is connected between the ignition coil and the direct voltage source,

- at least one spark plug (Z1, Z2) connected to the secondary winding (S2; L2),

- a first resonant circuit, which comprises the primary winding (P2; L1) and a capacitor (C2; C33) connected to the primary winding,

- a second resonant circuit, which comprises the secondary winding and the capacitor of the at least one spark plug,

- a control circuit (2) for triggering the semiconductor switch,

- an energy recovery diode (D2) which is connected to the semiconductor switch,

characterised by the additional features:

- the control circuit has a trigger input (4; 3'), to which a signal supplied from outside can be applied to trigger the self-oscillation of the ignition arm,

- a device (R1; R2; R37) registering the current flowing through the semiconductor switch, which is connected to the control circuit and supplies a signal to this control circuit so that this control circuit switches the semiconductor switch on and off depending on this registered current.

2. Ignition system according to Claim 1, characterised in that the primary winding (P1) is arranged in series with an oscillating-circuit capacitor (C1), an energy recovery diode (D1), a transistor (TR1) and a current-limiting resistor (R1), in that the transistor (TR1) is connected on the drain side with the cathode of the diode (D1) and the capacitor (C1) and on the source side with the resistor (R1) and a lead (10) with the control and regulating circuit (2), in that the primary winding (S1) of the ignition coil is connected electrically conductively with the secondary winding (S1), in that the secondary winding (S1) is arranged in series with the spark plug capacitor, in that the primary winding (P1) is connected via a lead (8) with a voltage supply and the control and regulating circuit (2).

3. Ignition system according to Claim 1 or 2, characterised in that the primary winding (P2) and the secondary winding (S2) of the ignition coil are coupled only inductively.

4. Ignition system according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the secondary winding (S2) of the ignition coil is arranged in series with a first spark plug capacitor and a second spark plug capacitor.

5. Ignition system according to one of Claims 1 to 4, characterised in that the ignition arm has an ignition module (ZM3), which comprises at least one amplifier (0P4), a first transistor (T30), an energy recovery diode integrated in the first transistor (T30), an ignition coil (SP30), a primary circuit capacitor (C33) and a first, second, third and fourth resistor (R34, R35, R36, R37), the inverting input (-) of the amplifier (OP4) being connected in series with a diode (D28) and with a trigger line (A), the output of the amplifier (0P4) triggering the gate of the first transistor (T30) via a driver stage and the drain-source path of the first transistor (T30) being arranged in series with the primary winding (L1) and the fourth resistor (R37), in that the first transistor (T30) is connected on the source side, via the first and second resistors (R34 and R35) arranged in series with one another, with the inverting input (-) of the amplifier (0P4) and the cathode of the one diode (D28), in that the first transistor (T30) is connected on the drain side with the primary winding (L1), with the primary circuit capacitor (C33) and the third resistor (R36) which is connected with the internal energy recovery diode, and in that the secondary winding (L2) is connected in series with two spark plugs.

6. Ignition system according to Claim 5, characterised in that the first resistor (R34) and the second resistor (R35) are connected together with a fifth resistor (R40) arranged in series with the drain-source path of a second transistor (T40), in that the second transistor (T40) is earthed on the source side and in that the gate of the second transistor (T40) can be triggered via a sixth resistor (R41) by the output of a bistable flip-flop (FF1) whose trigger input (S) is connected via a second diode (D30) with the output of an inverting amplifier (IC28), in that the reset input (R) of the flip-flop (FF1) is connected with the source side of the first transistor (T30) via an amplifier and in that the bistable flip-flop (FF1) triggers the second transistor (T40) in such a way that the latter becomes conductive over its drain-source path with the fifth resistor (R40), whereby the electrical power output in the primary circuit is increased.

7. Ignition system according to Claim 6, characterised in that the reset input of the bistable flip-flop (FF1) is triggered by the output of an AND unit (UN1), a first input (E1) of the AND unit (UN1) being connected by the output of a monostable flip-flop (FF2) and the second input (E2) of the AND unit (UN1) with the input of the monostable flip-flop (FF2) and the source side of the first transistor (T30) via an amplifier in such a way that the bistable flip-flop (FF1) can be reset depending on the drain current (I_D) of the first transistor (T30).

8. Ignition system according to one of Claims 1 to 7, characterised in that the burning time of the ignition current can be reduced by increasing the speed of the internal combustion engine.

9. Ignition system according to one of Claims 1 to 8, characterised in that the ignition current frequency is preferably greater than 16 kHz.

10. Ignition system according to one of Claims 1 to 9, characterised in that the entire self-oscillating ignition arm consists of integrated circuitry (IZM) and a miniature ignition coil (ZSP).

11. Ignition system according to one of Claims 1 to 10, characterised in that the ignition coil preferably consists of a coil body (20) manufactured in a single piece, a coil core (22) manufactured in a single piece and a coil housing (24) manufactured in a single piece.

12. Ignition system according to Claim 11, characterised in that the coil core (22) is mushroom-shaped.

13. Ignition system according to Claim 11 or 12, characterised in that the coil body (20) is connected with the coil housing (24) by a casting compound (38).

14. Ignition system according to one of Claims 11 to 13, characterised in that the coil body (20) is preferably cast with casting compound (38) in the area of the secondary winding.

15. Ignition system according to Claim 14, characterised in that the casting compound (38) used is silicone.

16. Ignition system according to one of Claims 11 to 15, characterised in that the coil housing (24) is made of plastoferrite.

17. Ignition system according to Claim 16, characterised in that the plastoferrite is enriched with conductive carbon black.

18. Ignition system according to one of Claims 11 to 17, characterised in that the width (1) of a chamber segment (32) for the primary winding is greater than the width (k) of chamber segments (20a-30g) for the secondary winding.

19. Ignition system according to one of Claims 1 to 18, in which the ignition time and duration are derived from the speed of rotation and/or the angle of the crankshaft and camshaft, characterised in that a wheel (40, 42) is connected, locked against rotation, to the camshaft and crankshaft respectively, whose surface bears a code (44 a, b, c) clearly identifying the angle, which is scanned by a sensor (46, 54) and is converted into signals controlling the ignition by means of an electronic circuit (48, 52).

20. Ignition system according to Claim 19, characterised in that the code is arranged non-linearly, whereby the areas of high code resolution are allocated to the areas of the top dead centres of the shafts.

21. Ignition system according to Claim 19 or 20, characterised in that the code is a single-step Gray code (53).

22. Ignition system according to one of Claims 1 to 21, characterised in that a current and voltage transformer (UF1) is used for part of the electrical supply of the vehicle.

23. Ignition system according to Claim 22, characterised in that the voltage and current transformer (UF1) has input voltages in the 6 volt to 18 volt range and stabilised output voltages adapted to the requirements of the electrical consumers, particularly in a range of 5 volts to 300 volts.

Revendications

1. Système d'allumage pour moteur à combustion interne, alimenté par une source de tension continue, et présentant les particularités suivantes, dans au moins une branche d'allumage à auto-oscillation :

- une bobine d'allumage avec des enroulements primaire et secondaire (P2, S2 ; L1, L2),

- un contacteur à semi-conducteurs, commandable (TR2 ; T30) monté entre la bobine d'allumage et la source de tension continue,

- au moins une bougie (Z1, Z2) raccordée à l'enroulement secondaire (S2 ; L2),

- un premier circuit résonnant, comprenant l'enroulement primaire (P2 ; L1) et un condensateur (C2 ; C33), monté sur cet enroulement,

- un second circuit résonnant, comprenant l'enroulement secondaire et la capacité d'au moins une bougie,

- un circuit de commande (2) pour commander le contacteur à semi-conducteurs,

- une diode de récupération d'énergie (D2) connectée au contacteur à semi-conducteurs,

caractérisé en ce que

- le circuit de commande comporte une entrée de déclenchement (4 ; 3') à laquelle peut être envoyé de l'extérieur un signal pour libérer l'auto-oscillation de la branche d'allumage,

- un dispositif détectant l'intensité traversant le contacteur à semi-conducteurs (R1 ; R2 ; R37), ce dispositif étant monté sur le circuit de commande et délivrant à ce circuit un signal lui permettant de connecter ou de déconnecter le contacteur en fonction de l'intensité détectée.

2. Système d'allumage selon la revendication 1,
caractérisé en ce que

- l'enroulement primaire (P1) est monté en série avec un condensateur de circuit oscillant (C1), une diode de récupération d'énergie (D1), un transistor (TR1) et une résistance de limitation d'intensité (R1),

- le transistor (TR1) est relié, du côté de son drain à la cathode de la diode (D1) et au condensateur (C1), du côté de sa source à la résistance (R1) et par un conducteur (10) au circuit de commande et de régulation (2),

- l'enroulement primaire (P1) de la bobine d'allumage est relié électriquement à l'enroulement secondaire (S1),

- l'enroulement secondaire (S1) est en série avec la capacité de la bougie d'allumage,

- l'enroulement primaire (P1) est relié par un conducteur (8) à une source de tension et au circuit de commande et de régulation (2).

3. Système d'allumage selon les revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que
l'enroulement primaire (P2) et l'enroulement secondaire (S2) de la bobine d'allumage ne sont couplés que par induction.

4. Système d'allumage selon une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
l'enroulement secondaire (S2) de la bobine d'allumage est en série avec une première et une seconde capacité de bougie d'allumage.

5. Système d'allumage selon une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que

- la branche d'allumage comprend un module d'allumage (ZM3) composé d'au moins un amplificateur (OP4), un premier transistor (T30), une diode de récupération d'énergie intégrée à ce premier transistor (T30), une bobine d'allumage (SP30), un condensateur de circuit primaire (C33) et une première, une deuxième, une troisième et une quatrième résistance (R34, R35, R36, R37),

- l'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur (OP4) est reliée en série avec une diode (D28) et un conducteur de commande (A),

- la sortie de l'amplificateur (OP4) commande la porte du premier transistor (T30) par un étage d'attaque,

- le trajet drain-source dans le premier transistor (T30) est en série avec l'enroulement primaire (L1) et avec la quatrième résistance (R37),

- le premier transistor (T30) est relié, du côté source, par l'intermédiaire des deux résistances (R34 et R35) en série, à l'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur (OP4) et à la cathode de la diode (D28),

- le premier transistor (T30), du côté drain est relié à l'enroulement primaire (L1), au condensateur d'enroulement primaire (C33), à la troisième résistance (R36) reliée elle-même à la diode interne de récupération d'énergie,

- l'enroulement secondaire (L2) est relié en série à deux bougies.

6. Système d'allumage selon la revendication 5,
caractérisé en ce que

- la première et la seconde résistance (R34, R35) sont reliées toutes deux à une cinquième résistance (R40) montée en série avec le trajet drain-source d'un second transistor (T40),

- ce second transistor est, du côté source, relié à la masse et sa porte peut être commandée, à travers une septième résistance (R41), par la sortie d'un flip-flop (FF1) bistable,

- l'entrée de commande (S) est reliée par une deuxième diode (D30) à la sortie d'un amplificateur inverseur (IC28),

- l'entrée (R) de retour en arrière du flip-flop (FF1) est relié au côté source du premier transistor (T30) par un amplificateur,

- le flip-flop bistable (FF1) commande le deuxième transistor (T40) de manière à le mettre en liaison conductrice par son parcours drain-source avec la cinquième résistance (R40), et qu'ainsi la fourniture d'énergie électrique du circuit primaire se trouve accrue.

7. Système d'allumage selon la revendication 6,
caractérisé en ce que
l'entrée de retour en arrière du flip-flop bistable (FF1) est commandée par la sortie d'un module électronique ET (UN1), une première entrée (E1) du module (UN1) étant commandée par la sortie d'un flip-flop (FF2) monostable tandis que la seconde entrée (E2) du module (UN1) est reliée à l'entrée du flip-flop monostable (FF2) et au côté source du premier transistor (T30) par l'intermédiaire d'un amplificateur de sorte que le flip-flop bistable (FF1) peut être ramené en arrière en fonction du courant de drain (ID) du premier transistor (T30).

8. Système d'allumage selon une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que
la durée efficace du courant d'allumage peut être réduite lorsque la vitesse de rotation du moteur croît.

9. Système d'allumage selon une des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que
la fréquence du courant d'allumage est de préférence supérieure à 16 kHz.

10. Système d'allumage selon une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que
l'ensemble de la branche d'allumage auto-oscillante est composée d'un assemblage intégré de circuits (IZM) et d'une bobine d'allumage miniaturisée (ZSP).

11. Système d'allumage selon une des revendications 1 à 10,
caractérisé en ce que
la bobine d'allumage est constituée de préférence d'un corps monobloc (20), d'un noyau monobloc (22) et d'un boîtier monobloc (24).

12. Système d'allumage selon la revendication 11,
caractérisé en ce que
le noyau de bobine (22) a la forme d'un champignon.

13. Système d'allumage selon la revendication 11 ou 12,
caractérisé en ce que
le corps de bobine (20) est relié au boîtier de bobine (24) par une masse coulée (38).

14. Système d'allumage selon une des revendications 11 à 13,
caractérisé en ce que
le corps de bobine (20) est de préférence recouvert par la masse coulée (38) au niveau de l'enroulement secondaire.

15. Système d'allumage selon la revendication 14,
caractérisé en ce que
la masse coulée (38) utilisée est du silicone.

16. Système d'allumage selon une des revendications 11 à 15,
caractérisé en ce que
le boîtier de bobine (24) est réalisé en plastoferrite.

17. Système d'allumage selon la revendication 16,
caractérisé en ce que
la plastoferrite est enrichie par du noir de carbone conducteur.

18. Système d'allumage selon une des revendications 11 à 17,
caractérisé en ce que
la largeur (1) d'un segment de chambre (32) recevant l'enroulement primaire est supérieure à celle de chacun des segments de chambre (30a - 30g) recevant l'enroulement secondaire.

19. Système d'allumage selon une des revendications 1 à 18, dans lequel l'instant de l'allumage et sa durée sont déduits de la vitesse de rotation et/ou de la position angulaire du vilebrequin ou de l'arbre à cames,
caractérisé en ce qu'
une roue (40, 42), solidaire en rotation du vilebrequin ou de l'arbre à cames, porte à sa surface un code (44a, b, c) identifiant parfaitement la position angulaire, code qui est exploré par un détecteur (46, 54) et transformé par un circuit électronique (48, 52) en signaux commandant l'allumage.

20. Système d'allumage selon la revendication 19,
caractérisé en ce que
le code n'est pas linéaire, ses zones à haute résolution correspondant à la zone du point mort haut du piston.

21. Système d'allumage selon les revendications 19 ou 20,
caractérisé en ce que
le code est un code-gray (53) monopas.

22. Système d'allumage selon une des revendications 1 à 21,
caractérisé en ce qu'
il utilise, pour assurer une partie de l'alimentation électrique d'une automobile, un convertisseur d'intensité et de tension (UF1).

23. Système d'allumage selon la revendication 22,
caractérisé en ce que
le convertisseur (UF1) de tension et courant comporte des tensions d'entrée de 6 à 18 volts et des tensions stabilisées de sortie adaptées aux besoins des consommateurs électriques, en particulier dans la plage de 5 à 300 volts.

Zeichnung