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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Verbesserung der Zündfunkenentladung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, welches Gerät bevorzugt in den die Zündspule und den Zündverteiler enthaltenden Zündkreis einschaltbar ist, und eine Funkenstreckenanordung aufweist, die aus der Serienschaltung einer von zwei Elektroden gebildeten ersten Funkenstrecke mit der Parallelschaltung von mehreren weiteren, gegebenenfalls von einer Elektrode und mehreren Gegenelektroden gebildeten Funkenstrecken besteht.
Die Verbrennung des Brennstoffgemisches im Benzinmotor geschieht in der Weise, dass bei schnell und hoch ansteigendem Druck im Zylinder das Gemisch plötzlich und kurz gezündet wird. Dadurch erfolgt eine nur mangelhafte Verbrennung des Gemisches mit entsprechend ungünstigem Wirkungsgrad und Bildung schädlicher Abgase.
Es wurden bereits zahlreiche Massnahmen getroffen, um diese Nachteile zu beseitigen, etwa Rückführung der verbrannten Gase ins Ansaugesystem, Abmagerung des Gemisches durch besondere Vergaserkonstruktion, katalytische Nachbrenner, Zusätze zum Brennstoff u. a. m., ohne dass aber nachhaltige Verbesserungen erzielt wurden oder damit nicht wieder andere Nachteile, wie beispielsweise hohe Betriebstemperaturen, in Kauf genommen werden mussten.
Es wurden auch Geräte zur Beeinflussung des elektrischen Zündvorganges entwickelt, die eine Mehrzahl von Funkenstrecken aufwiesen, die zwischen Zündspule und Zündverteiler eingefügt wurden.
Bekanntgewordene Geräte brachten zwar gewisse Verbesserungen, doch fehlten ihnen vor allem die Möglichkeit, sie an spezifische Betriebszustände der Maschine, wie Start, Warmlauf, Höchstleistungs- bzw.
Normalbetrieb und schliesslich Motorbremsen anpassen zu können. Auch bestand der Eindruck, dass noch eine Steigerung der Wirkung solcher Geräte möglich wäre, ohne dass aber bisher der Weg erkannt wurde, wie diese Möglichkeit zu realisieren wäre.
Mit der Erfindung, welche von Geräten der eingangs genannten Art ausgeht, gelang es, diese Bestrebungen wesentlich zu erfüllen, und ein erfindungsgemässes Gerät ist gekennzeichnet durch einen zumindest die erste Funkenstrecke umschliessenden, zylindrischen, in Achsrichtung magnetisierten, insbesondere geteilten Permanentmagneten.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Gerätes zur Verbesserung der Zündfunkenentladung gelingt es, dass nach der Aufheizung des Arbeitsgases nicht, wie schon erwähnt, eine plötzliche und einmalige Verbrennung erfolgt, sondern eine frühzeitige und stufenweise Verbrennung mit entsprechender Kraftwelle entsteht, die in der Hauptsache molekularmagnetisch korrigiert und dazu noch beschleunigt werden kann. Dadurch wird das Abgasproblem im Fahrbetrieb besser als bisher beherrscht.
Die Erfindung wird nun an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen, Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemässen Gerätes, Fig. 2 und 3 Querschnitte durch das Gerät mit Blickrichtung gemäss den Pfeilen II-II bzw. III-III der Fig. 1, Fig. 4 eine axiale Draufsicht auf das Gerät in Blickrichtung von links, bezogen auf Fig. 1 und bei abgenommenem Gehäusedeckel, Fig. 5 die Verschaltung eines gegenüber den Fig. 1 bis 4 abgeänderten Gerätes, Fig. 6 einen Längsschnitt durch dieses Gerät, Fig. 7 und 8 Querschnitte durch das Gerät mit Blickrichtung gemäss den Pfeilen VII-VII bzw. VIII-VIII, und Fig. 9 eine Draufsicht auf das in den Fig. 6 bis 8 dargestellte Gerät, in Blickrichtung von links, bezogen auf Fig. 6 und bei abgenommenem Gehäusedeckel.
Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemässe Ausführungsbeispiel umfasst ein prismatisches Gehäuse --1--, das beiderends durch Deckel-2 und 3--abgeschlossen ist. Gehäuse und Deckel bestehen aus elektrisch isolierendem Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff.
Die beiden Deckel-2 und 3-- besitzen zentrale Bohrungen --2a und 3a--, durch welche leitende (metallische) Schraubbolzen-4 und 5-hindurchgeführt sind. Zur Festlegung dieser Bolzen in den Deckeln dienen äussere Schraubmuttern --6-- mit Beilagscheiben --7-- sowie innere Gegenmuttern --9--. Die äusseren Schraubenmuttern --6-- bestehen zweckmässig aus einem Isoliermaterial und sind z. B. mit einer inneren, das Mutterngewinde tragenden metallischen Hülse --8-- versehen. Mit Hilfe dieser Befestigungsvorrichtung können die Bolzen--4 und 5-- in einer bestimmten gegenseitigen Lage, deren Sinn noch erläutert wird, festgelegt werden.
Im Inneren des prismatischen Gehäuses-l-ist ein zylindrischer, in Achsrichtung magnetisierter Permanentmagnet --10-- straff sitzend eingesetzt ; dieser Magnet besitzt eine axiale Länge von etwa der Hälfte der Länge des Gehäuses-l-und er befindet sich in der Mitte desselben. Dieser Magnet kann
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Das soweit beschriebene Gerät ist auf folgende Weise verschaltet : Der Bolzen --4-- ist mit der Zündspule des Verbrennungsmotors verbunden. Der Bolzen --5-- ist mit dem Zündverteiler verbunden (beides nicht eingezeichnet).
Der Kabelanschluss --40-- ist zu einem in der Fahrerkabine montierten Handschalter-45-geführt, der an Masse liegt und somit den Zündverteiler überbrücken kann. Von der Zuleitung --37-- zur Diode - -38-- führt eine Leitung --46-- zu einem Schalter --47-- und von dort eine Leitung --48-- zum Bolzen - -5--. Mit dem Schalter --47-- ist ein weiterer Schalter --49-- mechanisch in der Weise gekuppelt, dass jeweils einer der Schalter geschlossen und der andere geöffnet ist. Der Schalter --49-- liegt mit der Leitung --51-- einerseits an dem Kabelanschluss --39-- und damit an einer Elektrode der Diode --38--, bzw. anderseits mit der Leitung --50-- am Bolzen --5--.
In der gezeichneten Schaltstellung der Schalter - 47, 49-und bei geöffnetem Schalter --45-- besteht eine Serienschaltung zweier Funkenstrecken, nämlich vom Bolzen --4-- zum Stift --20-- der Elektrode --16--, und von dieser zu den Stiften --26-- des Ringes --23-- und weiter zum Bolzen --5-- bzw. zum Verteiler. Der Magnet --10-- bewirkt einerseits eine Abschirmung der Funkenstrecken gegenüber der Umwelt, also eine Entstörung nach aussen hin, anderseits eine Unterstützung der Stromübergänge zwischen dem Elektrodenfortsatz --17-- und den Stiften --26--.
Hiebei tritt die Erscheinung auf, dass bei steigender Motordrehzahl und damit steigender Funkenspannung, die Stromübergänge zwischen den beiden Elektroden --16 und 22, 23" 24-- zuerst über die Spitzen der Stifte --26-- erfolgen, dann aber auch ein Ausweichen bzw. Übergehen auch bzw. überwiegend auf den Spalt zwischen den beiden Fortsätzen --17 und 24-- vor sich geht. Es besteht also eine Serienschaltung zwischen einer einzigen, durch den Bolzen --4-- und den Stift --20-- gebildeten Funkenstrecke mit einer Parallelschaltung einer Vielzahl von Funkenstrecken zwischen den Elektroden --16, 18 und 18, 24--, wobei letztere eine von der Drehzahl des Motors abhängige Wirksamkeit besitzt.
Diese Erscheinung hat entsprechende Folgen an der Bildung des Zündfunkens an den Zündkerzen des Motors, d. h. eine Quasiverlängerung des Zündvorganges schlechthin mit der Wirkung einer intensiveren und vollständigeren Gemischverbrennung, womit die erzielbare Leistungssteigerung des Motors und Vermeidung schädlicher Abgase zu erklären ist.
In der gezeichneten Schaltstellung des Gerätes besteht auch noch ein Parallelweg über die Selbstinduktionen --31, 32-- und die Funkenstrecke --29-- direkt zum Bolzen --5--. Durch die Selbstinduktion werden in dieser Parallelstrecke Schwingungsvorgänge ausgelöst, wodurch sich eine weitere zeitliche Verbreiterung des Funkenspektrums ergibt, die die beschriebenen Vorgänge zusätzlich unterstützt. Diese Schaltstellung empfiehlt sich für normalen Dauerbetrieb des Motors (Überlandfahrt) und für die untenstehend noch beschriebene "Schubbremsung" mit dem Motor.
Die andere Schaltstellung der Schalter --47, 49-- wird vornehmlich beim Start der Maschine und bei Betrieb mit maximaler Drehzahl angewendet. Hiebei ist also in die erwähnte Parallelstrecke die Diode - eingeschaltet, die zufolge ihrer Sperrwirkung das Entstehen von Schwingungsvorgängen wesentlich unterbindet. Bei dieser Schaltstellung tritt also eine gewisse Dämpfung des Hauptfunkenkreises ein, d. h. es wird sowohl beim Start als auch beim Maximalbetrieb eine zu energische Funkenbildung und damit Verbrennung, d. h. am Ende eine übermässige, schädliche Überhitzung der Maschine verhindert.
Schliesslich dient der Schalter --45-- in seiner Schliessstellung zum Kurzschliessen des Zündverteilers und damit zur Unterbindung der Zündung. Diese Betriebsweise wird zu verwenden sein, wenn eine Motorbremsung (Schubbremsung) in schwierigem Gelände über einen begrenzten Zeitraum angestrebt wird.
Der Gashebel kann dabei in der Maximalstellung belassen werden, da aber keine Zündung vorhanden ist, wird die kinetische Energie des Fahrzeuges durch die Kompressionsarbeit für das dann reichlich vorhandene Brennstoffgemisch vernichtet. Die dabei bestehende Möglichkeit eines"Absaufens"des Motors ist insoferne weniger akut, weil bei Übergang auf den Normalbetrieb die erfindungsgemäss erzielbare Zündfunkenbildung rasches zur Verbrennung flüssiger Brennstoffrückstände führt. Verständlicherweise sollte diese Bremsart nur mässig und möglichst absatzweise angewendet werden. Sie ist aber auch im Stadtverkehr zu empfehlen, weil dabei eine weitere Verminderung des schädlichen CO-Ausstosses herbeigeführt wird.
Die Fig. 5 bis 9 zeigen eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform, u. zw. die Fig. 5 ihr Schaltbild und die Fig. 6 bis 9 ihre konstruktive Ausbildung. Zunächst sei letztere beschrieben.
In einem mit zwei Endwänden --102, 103-- versehenen zylindrischen Gehäuse --101-- ist ein zylindrischer Permanentmagnet --110-- eingepasst. In Naben --104'und 105'-- der Endwände --102, 103--
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sind Bolzen --104, 105--, die zweckmässig mit Gewinde versehen sind, eingeschraubt und mittels Muttern --10411 und 10511--fixiert.
Über den Bolzen --104-- ist eine Hülse --112-- aus Isoliermaterial geschraubt, eine ebensolche Hülse - befindet sich am Bolzen --105--. Die Hülse --112-- überragt den Bolzen --104-- und bildet vor dem Ende desselben eine Aufnahme --112'--, in der eine durch eine Feder --111'-- belastete Kugel --111-einliegt.
Das bezüglich des Gehäuses --101-- innere Ende der Hülse --112-- wird von einer in ihren allgemeinen Umrissen ringförmigen Scheibe --116-- aus Isoliermaterial umschlossen. In einem Ringflansch --116'-- ist ein Arm --201'-- einer Spiralfeder --201-- gehalten(s.a. fig.8), welcher Arm mit einer endseitigen Umbiegung --202-- an der Innenwand des Magneten anliegt. Im Zentrum der Spiralfeder --201-- ist ein Stift --120-- befestigt, der mit seinem abgerundeten (oder auch zugespitzten) Ende an der Kugel --111-- anliegt.
Vom Bolzen --104-- geht also über die Feder die Kugel den Stift --120-- und die Spiralfeder --201-- ein Stromweg zum Magneten --110--, der an den Berührungspunkten zwischen der Kugel --111-- und dem Stift --120-- bzw. der Umbiegung --202-- und dem Magneten --110-- durch Berührungskontakte --120'und 202'-- unterteilt ist.
Die Hülse --113-- weist an ihrem inneren Ende einen schmalen Flansch auf und an diesem Flansch liegt ein über die Hülse geschobener Konus --121-- aus starrem Material an. An der inneren Stirnseite der Hülse --113-- liegt eine Befestigungsscheibe --203-- an, die, wie noch erläutert wird, den Konus --121-- an der Hülse --113-- festlegt.
Der Konus --121-- weist an seinem freien Ende einen in den Magnethohlraum ragenden zylindrischen Flansch --204-- auf. In diesen Flansch --204-- ist ein Metallring --123-- eingesetzt, der mittels mehrerer Stifte --205-- mit dem Flansch --204-- fest verbunden ist. Zwischen diesem Ring --123-- und dem Konus --121-- ist die vorerwähnte Ringscheibe --203-- eingeklemmt, wodurch der Konus --121-- am Flansch --113'-- der Hülse -113-- festgelegt ist.
Der Metallring --123-- besitzt an seiner der Isolierscheibe --116-- zugewendeten Stirnseite einen vorstehenden Ringflansch --124--, der einen eckigen Aussenumriss (sechseckig, gemäss Fig. 7) aufweist. In der kreisförmigen Innenbohrung dieses Ringflansches --124-- ist ebenfalls eine Spiralfeder --206-befestigt, in deren Zentrum ein Stift --207-- mit abgerundetem (oder zugespitzten) freien Ende befestigt ist. Dieser Stift --207-- ruht mit seiner Spitze auf dem Ende des Bolzens --105-- auf.
Der Flansch --204-- des Konus --121-- trägt einen metallischen Kontakt --208--, der an der Innenwand des Magneten --110-- anliegt und diesen mit dem Metallring --123-- elektrisch verbindet. Auf diese Weise besteht zwischen dem Bolzen --105-- über den Stift --207--, die Spiralfeder --206--, den Ring --123, 124-- und den Kontakt --208--, ein elektrischer Strompfad, der an der Berührungsstelle zwischen Stift --207-- und Bolzen --105-- bzw. zwischen Kontakt --208-- und Magneten --110-Berührungskontakte aufweist.
In einem freien Endraum --101'-- des Gehäuses sind zwei Induktivitäten (Spulen) --131, 132-- mittels eines V-förmigen Halters --130-- untergebracht. Ferner befinden sich in diesem Raum --101'-- zwei metallische Halteblöcke --211, 212--. Im Bock --211-- ist ein magnetisierbarer Metallzapfen --209-befestigt, im Bock --212-- ist eine metallische Lamelle --213-- mit abgebogenem Ende --213'-- gehalten.
Der Zapfen und die Lamelle sind gegeneinandergerichtet und zwischen der Stirnfläche des Zapfens --209-und der Abbiegung --213'-- der Lamelle --213-- ist eine Isolierscheibe --214-- mit einer Mittelbohrung - eingeklemmt. Der Zapfen --209-- trägt eine Drahtwicklung --210--. Durch die Bohrung --215-der Isolierscheibe --214-- ist ein Luftspalt zwischen Zapfen-209-und --209-- und Lamelle --213-- definiert, der unter Einfluss des Magnetfeldes der Wicklung --210-- steht.
Die Fig. 5 zeigt nun die elektrische Verschaltung der vorstehend beschriebenen Anordnung und ihre Zusammenschaltung mit den Bauteilen einer Zündeinrichtung.
In der mit --216-- bezeichneten strichpunktierten Umrahmung sind die vorstehend erwähnten Bestandteile, wenn auch nur schematisch, zu erkennen. Die eingezeichneten Bezugszeichen stimmen mit den entsprechenden der Fig. 6 bis 9 überein. Am linken Rande der Umrahmung-216-sind Anschluss- klemmen --217 bis 220-- zu sehen. Ferner zeigt die Fig. 5 die üblichen Teile einer Kraftfahrzeug-Zündanlage auf, nämlich den Zündtransformator --ZT-- mit der Primär- und der Sekundärwicklung --221 bzw.
222-und Anschlussklemmen-223, 224 und 225--, den rotierenden Verteiler --V-- mit den Kerzen --K--
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der einzelnen Zylinder, die Batterie --B-- und den Unterbrecher --U--. Dies alles sind bekannte Elemente, und es wird deren nähere Beschreibung daher unterlassen.
Der Minuspol (-) der Batterie --B-- liegt einerseits an Masse--E--, anderseits an je einer Elektrode der Kerzen --K-- und ist überdies zum Unterbrecher --U-- geführt. Die jeweils andern Elektroden der Kerzen liegen an den Kontakten --V"-- des Verteilers --V--, dessen Schaltarm-V'--wie üblich mit der Sekundärwicklung --222-- des Transformators --ZT-- verbunden ist. Die für die beiden Spulen --221 und 222-- des Transformators --ZT-- gemeinsame Ausgangsklemme --223-- ist an den Unterbrecher --U-geführt.
Der Pluspol (+) der Batterie --B-- ist über den üblichen Zündschalter --ZS-- mit der Klemme - verbunden. Von dieser geht ein Strompfad über die Leitung --226-- die Spule --210-- des Zapfens--209--, die Leitung --227-- zum Bolzen --105-- im Gehäuse --101--.
An Hand der Ausführungen zu den Fig. 6 bis 9 ergibt sich dann der weitere Strompfad wie folgt : Vom Bolzen --105-- geht es über den Stift --207--, die Spiralfeder --206--, den Metallring --123--, den Berührungskontakt --208-- zum Magnet --110--. An diesem ist nun noch ein weiterer Berührungskontakt -- vorgesehen, von dem eine Leitung --229-- zur Lamelle --213-- führt, von der es weiter über eine Leitung --230-- zur Spule --132-- und von dieser über die Leitung --231-- und die Klemme --232-- zur Klemme --225-- der Transformatorspule --221-- geht.
Hiemit ist also ein Stromkreis zum Zündtransformator gebildet, der nicht nur den Unterbrecher--U- sondern auch eine Anzahl von"Berührungskontakten"umfasst, welche, insbesondere dort, wo sie von den Spiralfedern-201, 206-getragen werden, Funkenübergänge bilden.
Von der Lamelle --213-- geht es über den Luftspalt --215-- zum Zapfen --209-- und von diesem über eine Leitung --233-- zur Spule --131--, dann über eine Leitung --234--, die Klemme --218-- zur Transformatorklemme --223--. Auf diese Weise ist ein Funkenübergang --215-- geschaffen, der in Serie zu den oben genannten "Berührungskontakten" des Gerätes --101-- an den Unterbrecher geführt ist.
Schliesslich geht ein Strompfad vom Magneten --110-- über die Spiralfeder --202, 201--, Stift --120-zum Bolzen --104-- und von diesem über die Leitungen --235, 236-- zur Klemme --232-- und zur Primär- wicklung --221-- des Zündtransformators --ZT--. Auch dieser Strompfad beinhaltet die bereits geschilderten "Berührungskontakte", also "Funkenübergänge".
Wie aus der Fig. 5 noch hervorgeht, sind die Klemmen --219 und 220-- über einen Schalter --S-unmittelbar bzw. über eine Anzeigelampe --L-- an Masse --E-- anlegbar. Durch diesen Schalter wird die Primärspule --221-- geerdet, d,h, die Zufuhr des Zündstromes zu den Kerzen --K-- abgeschaltet, wobei diese Massnahme, wie schon erwähnt, für Schubbremsung verwendet werden kann. Ferner sind durch Widerstände --W1, W2--, Dioden --D1 und D2--, sowie Kondensatoren --Cl, C2-- gebildete Überbrückungskreise für die über die Schaltung laufenden Zündkreise und Funkenwege vorgesehen, welche Überbrückungskreise als Energiespeicher wirken und den Zusammenbruch der Anordnung während der Öffnungszeiten des Unterbrechers verhindern.
Die Gesamtwirkungsweise dieses Ausführungsbeispieles gleicht im Prinzip jener des ersten Ausführungsbeispiels und praktische Versuche haben die erwähnten vorteilhaften Effekte hinsichtlich vollständiger Verbrennung und damit weitgehender Herabsetzung des CO-Gehaltes sowie des Stickstoffgehaltes in den Abgasen des Verbrennungsmotors erwiesen.
Beim Start des Motors wird das erfindungsgemässe Gerät überbrückt, so dass es den Startvorgang nich beeinflusst. Es kann zu diesem Zwecke auch eine di Anschlüsse --217, 219 und 232-- verbindende hochohmige Leitung (nicht eingezeichnet) vorgesehen sein.
Die Funktion des erfindungsgemässen Gerätes erklärt sich der Erfinder dadurch, dass die unmagnetischen Teile, welche auf der einen Seite des Nordpol und auf der andern Seite des Südpol des geteilten Permanentmagnetes liegen, zusätzlich durch den Gleichstrom von der Zündspüle verstärkt werden, wodurch mit Hilfe der Indifferenzzonen (Magnet und unmagnetische Teile) seitlich und in der Mitte (202 und 208 und Mitte) ein Influenzstrom entsteht.
Die entstehenden Ströme werden in den einzelnen Kondensatoren gesammelt und zwischendurch über den Unterbrecher entladen.
Der erzeugte elektrische Strom wird über korrigierte Innenleiter sinngemäss durch Fernwirkung an den Unterbrecher herangeführt und gleicht die Differenz in jener Zeit aus, wo das Kraftlinienfeld beim
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Öffnen der Kontakte zusammengefallen ist. Das Gerät wirkt somit als eine Art Zündkorrekturbeschleuniger.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gerät zur Verbesserung der Zündfunkenentladung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, welches Gerät bevorzugt in den die Zündspule und den Zündverteiler enthaltenden Zündkreis einschaltbar ist, und eine Funkenstreckenanordung aufweist, die aus der Serienschaltung einer von zwei Elektroden gebildeten ersten Funkenstrecke mit der Parallelschaltung von mehreren weiteren, gegebenenfalls von einer Elektrode und mehreren Gegenelektroden gebildeten Funkenstrecken besteht, gekennzeichnet durch einen zumindest die erste Funkenstrecke umschliessenden zylindrischen, in Achsrichtung magnetisierten insbesonders geteilten Permanentmagneten (10 bzw. 110).