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Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Nach einem nicht zum freien Stand der Technik gehörenden Vorschlag ist diese Zündvorrichtung wie folgt ausgestaltet :
Eine Gleichspannungsquelle ist mit dem Ferritkern-Zündtransformator über mindestens einen als Schalter dienenden Transistor verbindbar, dessen Schaltfrquenz insbesondere durch einen Pulsgenerator, beispielsweise einen astabilen Multivibrator, bestimmbar ist, welcher Pulsgenerator durch ein in Abhängigkeit von der Winkellage der Kurbelwelle bzw. von der Stellung des Kolbens im Motorzylinder wirkendes Zeitglied bei freier Einstellbarkeit von Beginn, Ende und Länge der Zündenergierzeugung ein- und ausschaltbar ist. Dabei ist die Zündvorrichtung grundsätzlich derart ausgebildet, dass eine im Vergleich mit bekannten Zündvorrichtungen sehr grosse, willkürlich variable Zündenergie zur Verfügung gestellt wird.
Bei der Erprobung solcher Zündvorrichtungen hat es sich als zweckmässig gezeigt, einen Gleichspannungswandler vorzusehen, durch den die übliche Spannung des Akkumulators auf etwa 50 bis 100, vorzugsweise 70 V heraufgesetzt wird. Man erhält dadurch eine höhere Eingangsspannung am Zündtransformator und damit ein kleineres übersetzungsverhältnis, das anzustreben ist, um den sekundären Innenwiderstand der Zündquelle klein zu halten und zum andern, um die von der Sekundärseite auf die Primärseite transformierten Kapazitäten klein zu halten.
Bei elektronischen Zündvorrichtungen ist es ganz allgemein wünschenswert, dass sie selbst nur eine begrenzte Verlustwärme entwickeln, da sonst gegebenenfalls für eine Luft- oder Wasserkühlung gesorgt werden muss, die aufwendig ist. Der Gleichspannungswandler entwickelt nun eine verhältnismässig grosse Verlustwärme, da übliche Ausführungsformen einen Wirkungsgrad von nur etwa 70% haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gleichspannungswandler überflüssig zu machen und damit die Quelle für eine verhältnismässig grosse Verlustwärme zu beseitigen. Durch den Fortfall des Gleichspannungswandlers besteht die Schwierigkeit, dass die über den als Schalter dienenden Transistor auf die Primärwicklung des Zündtransformators geschaltete Gleichspannung klein ist und nur in der jeweiligen Grösse der herrschenden Batteriespannung zur Verfügung steht. Damit hat die Eingangswechselspannung auf der Primärseite des Zündtransformators einen Spitzenwert von 12 V. Diese Eingangswechselspannung wird mit einem übersetzungsverhältnis von etwa 1 : 350 auf die zur Erzielung einer Leerlaufgleichspannung von etwa 30 kV erforderliche Wechselspannung herauftransformiert.
Die pro Volt Ausgangshochspannung erforderliche Windungszahl ist abhängig von der erreichbaren Induktion B (Tesla). Da zur übertragung der hohen Schaltfrequenz die Verwendung von Ferritmaterial unerlässlich ist, ergibt sich eine nur 30% betragende Induktion verglichen mit Weicheisen, das in andern Zündvorrichtungen dieser Art eingesetzt wird. Demgemässg würde sich eine dreifach höhere Windungszahl ergeben, die aber eine Wicklungskapazität bedeutet, die bei der in Betracht kommenden Schaltfrequenz unbrauchbar wäre.
Zur Lösung dieser Aufgabe, nämlich Schaffung eines Transformators, der unter den erwähnten Schaltungsbedingungen optimale übertragungswerte ergibt, ist gemäss der Erfindung die Zündvorrichtung so ausgestaltet, dass der Transformator zwei oder mehr ringförmig, rechteckig od. ähnl. geschlossen ausgebildete Ferritkerne und jeder Ferritkern zwei oder mehr Primärwicklungen aufweist und dass alle Ferritkerne mit einem Schenkel innerhalb einer einzigen Sekundärwicklung liegen, die in gleicher Richtung und gleichphasig von den Magnetflüssen durchsetzt ist, wobei jeder Primärwicklung ein als Schalter dienender Transistor zugeordnet ist.
Dadurch gelingt es, bei einem Zündtransformator mit Ferrit als Kernmaterial dessen Vorteile voll auszuschöpfen, ohne durch die geringe Sättigungsinduktion des Ferritmaterials bei einem blossen Materialaustausch gegen Dynamoblech ansonsten auftretende Nachteile zur Geltung kommen zu lassen, wobei eine günstige Abführung der Verlustwärme ermöglicht und ein besonderer Gleichspannungswandler für die Energieversorgung der Primärseite des Zündtransformators entbehrlich wird.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt schematisch : Fig. l ein Blockschaltbild der Zündvorrichtung ; Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des gemäss der Erfindung mit mehreren Ferritkernen versehenen Zündtransformators, u. zw. nur für einen magnetischen Kreis ; Fig. 3 den neuen Zündtransformator in einer Seitenansicht ; Fig. 4 eine Draufsicht auf den Transformator nach Fig. 3 ; Fig. 5 ausschnittweise eine zweifache Wicklung ; Fig. 6 einen aus zwei U-förmigen Teilen bestehenden Ferritkern mit Luftspalten und Fig. 7 mehrere Primärwicklungen mit ihren Schaltelementen.
In Fig. l sind--3--die Gleichspannungsquelle, z. B. ein Akkumulator, --8-- der Zündschalter und --48, 205,207, 209--die als Schalter dienenden Transistoren, deren Anzahl der Anzahl der Primärwicklungen des Zündtransformators --38-- entspricht (vgl. Fig. 7).
Obwohl die vorstehend geschilderte Ausgestaltung des Zündtransformators in elektronischen Zündvorrichtungen verschiedener Bauart Vorteile haben kann, ist sie bei der nicht zum freien Stand der Technik gehörenden Zündvorrichtung von besonderem Vorteil. Diese Zündvorrichtung wird in Fig. l in ihren wesentlichen Teilen veranschaulicht und nachstehend beschrieben.
Von der Sekundärseite des Zündtransformators --38-- wird die hochtransformierte Wechselspannung einer Gleichrichterstrecke--116--und über den mechanischen Zündverteiler--118--, den Zündkerzen --129 bis 132--zugeleitet. An Stelle des mechanischen Zündverteilers --118-- kann auch ein elektronischer Zündverteiler vorgesehen sein.
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Diese eine sehr hohe Zündenergie erzeugende bzw. abgebende Zündvorrichtung, bei der die Zeitdauer, Beginn und Ende des an den Elektroden der Zündkerzen anstehenden Lichtbogens in sehr grossen, bisher nicht erreichten Grenzen variabel ist, eignet sich ganz besonders zur Beeinflussung durch Stellgrössen, die Kennwerte des Betriebes der Brennkraftmaschinen und ihrer Umwelt sind. Diese Stellgrössen werden Stellgliedern zugeführt, die im Blockschaltbild der Fig. l wie folgt angedeutet bzw. zusammengefasst sind :--42--enthält die als Schalter dienenden Transistoren--48, 205,207, 209--mit zugehöriger Leistungsverstärkung. Der Pulsgenerator--43--, vorzugsweise ein astabiler Multivibrator, enthält Stellglieder, beim Ausführungsbeispiel Potentiometer-201 bis 204--, denen Stellgrössen zugeordnet sind, die z.
B. von der Drosselklappe, dem Zündzeitpunkt, der Drehzahl und der Beschaffenheit des benutzten Benzin-Luftverhältnisses abhängig sind. Das Zeitglied--44--, vorzugsweise ein monostabiler Multivibrator, enthält Stellglieder, beim Ausführungsbeispiel Potentiometer--69 bis 72--, denen Stellgrössen zugeordnet sind, die z. B. von der Drosselklappe, dem Zündzeitpunkt, der Drehzahl und der Beschaffenheit des benutzten Benzin-Luftverhältnisses abhängig sind.
Das Zeitglied--45--, ebenfalls vorzugsweise ein monostabiler Multivibrator, enthält Stellglieder, beim Ausführungsbeispiel Potentiometer--76 bis 78--, denen Stellgrössen zugeordnet sind, die z. B. von der Drosselklappe, der Drehzahl und der Beschaffenheit des benutzten Benzin-Luftverhältnisses abhängig sind.
--46-- ist der Zündzeitpunktgeber in Verbindung mit einem Unterbrecherschalter--86--und Nocken - -87--. --102-- ist ein Siebglied, bestehend aus Drossel, Kondensatoren, Vorwiderstand und Zenerdiode ; es
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45--,Primär Ri + Rs + Roi, slung
Dieser Widerstand wird mit dem übersetzungsquadrat des Windungszahlenverhältnisses zwischen Primärund Sekundärwicklung auf die Sekundärseite zu dem Widerstand --Rsekundär- herauftransformiert.
Rsekundär bildet mit dem Innenwiderstand-Rs--des Gleichrichters--116--den Innenwiderstand der Hochspannungsquelle. Die Wicklungs- und Streukapazitäten auf der Sekundärseite werden mit dem Übersetzungsquadrat auf die Primärseite herauftransformiert und begrenzen so die erreichbare Schaltfrequenz mit dem als Schalter dienenden Transistor--48--.
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Der Zündverteiler und die Zündkerzen sind als Lichtbogenstrecke--118, 129 bis 132--dargestellt. Die Streukapazitäten--133, 134--der Zuleitung werden durch die Serienkapazität des Gleichrichters--116-in ihrer Wirkung auf die übertragungseigenschaften des Zündtransformators --38-- wesentlich reduziert und
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umgibt je einen Schenkel aller Ferritkerne, die auf ihren andern, gegenüberliegenden Schenkeln je zwei Primärwicklungen, z.
B.--155, 156 bzw. 157, 158--tragen.
In Fig. 6 ist ein Ferritkern--152--veranschaulicht, der aus zwei Stücken zusammengesetzt ist und Luftspalte--159, 160--aufweist, die möglichst klein gehalten werden sollen. Die geteilte Ausführung erlaubt es, die fertiggewickelten Spulen mit Trägern auf die Schenkel aufzugeben.
An Stelle von zwei räumlich getrennten, auf einem Schenkel übereinander angeordneten Primärwicklungen, z. B.--156, 157--, kann eine Zwei- oder Mehrfachwicklung vorgesehen sein, wodurch die Streuverluste vermindert werden, insbesondere wenn bei grossen Windungszahlen mehrere Lagen erforderlich sind. Eine Zweifach-Wicklung ist in Fig. 5 ausschnittsweise und auseinandergezogen veranschaulicht. Die gleichsinnig laufenden Wicklungen sind mit--161 und 162--bezeichnet.
In Fig. 7 ist die mehrfache Ansteuerung der Primärwicklungen im Stromlauf veranschaulicht.
Den Primärwicklungen --155 bis 158-sind als Schalter dienende Transistoren-48, 205,207, 209--, Transistoren--49, 206,208, 210--, in Darlington-Schaltung zugeordnet. Die Sekundärwicklung
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Leistungsverstärkung nachgeschaltet und geben eine ausreichende Steuerleistung an die Darlington-Schaltung ab.
Die Widerstände--52 und 53-- sind Emitter-Widerstände für den Transistor--54--, der in Kollektor-Schaltung arbeitet, ihr Widerstandsverhältnis bestimmt sich nach dem Vorspannungsbedarf der
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--57-- istWiderstand-60-.
Die Schaltung auf der Primärseite des Zündtransformators, wie sie gemäss der Erfindung gewählt worden ist, hat insbesondere noch folgenden Vorteil : Die auf der Primärseite vorhandene Leistungsaufteilung ermöglicht den Einsatz von Transistoren mit geringerer Schaltleistung, wodurch der wirtschaftliche Aufwand, obwohl mehrere Transistoren Verwendung finden, geringer ist, als bei Anordnung eines einzigen Transistors sehr hoher Schaltleistung. Weiterhin ist damit der Vorteil verbunden, dass die Verlustwärme sich besser aufteilt und bei Ausfall von einem oder wenigen Schalttransistoren die Funktion nicht stark beeinträchtigt und noch im erforderlichen Umfang für längere Betriebszeit aufrechterhalten werden kann.