Elektronische Zündeinrichtung an einer Brennkraftmaschine
Nach de.m Hauptpatent zeichnet sich eine elektronische Zündeinrichtung an einer Brennkraftmaschine mit Zündverteiler, bei welcher eine ausgangsseitig mit dem Verteilerfinger-Kontakt das. Zündverteilers elektrisch verbundene Zündschalteinrichtung kontaktlos durch einen magnetischen Geber gesteuert ist, der einen durch die Zündverteilerwelle angetriebenen Magnetläufer und eine feststehende Induktionsspule aufweist, dadurch aus, dass der Magnetläufer des Gebers aus einer auf den Verteilerfinger drehfest befestigten Scheibe aus nichtmagnetischem Werkstoff mit einer der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine gleichen Anzahl Pernanentmagnete besteht,
wobei die Permanentmagnete auf der Scheibe unter gleichem Abstand von der Drehachse des Verteilerfingers im Umfangssinne gleichmässig verteilt sind und ihre einen Polflächen auf der dem Verteilerfinger abgewandten Scheibenseite frei und in einer zur Drehachse senkrechten Ebene liegen, und unterhalb der Scheibe eine Induktionsspule mit Weicheisenkern derart angeordnet ist, dass bei rotierender Scheibe die genannten Polflächen die Stirnfläche des Weicheisenkernes überqueren.
Ein derart ausgebildeter magnetischer Geber ist nicht nur wirtschaftlich in der Herstellung und für Serienfabrikation gut geeignet, sondern kann auch nachträglich in praktisch jedes vorhandene Verteilergehäuse eingebaut werden und zwar mit nur wenigen erforderlichen Handgriffen, wobei insbesondere der mechanische Unterbrecher nicht entfernt zu werden braucht, so dass mit geringfügigen Umschaltungen im Bedarfsfalle von der elektronischen auf die ursprünglich vorhandene Zündung umgeschaltet werden kann.
Die Induktionsspule kann auf der den mechanischen Unterbrecher tragenden Unterbrecherplatte befestigt werden, so dass wegen der Befestigung der Scheibe am Verteilerfinger die vorhandene Zündzeitpunktsverstellung bei nachträglich eingebauter elektronischer Zündeinrichtung mit be.nutzt werden kann.
Bei bekannten und üblichen elektronischen Zündschaltungen enthält der Primärkreis der Zündspule einen Speicherkondensator und einen steuerbaren Gleichrichter, vorzugsweise einen Thyristor, als elek tron isches Schaltelement. Der Speicherkondensator wird über einen Gleichspannungswandler aufgeladen und der Thyristor wird über einen Impulsübertrager gesteuert. Bei durchgeschaltetem Thyristor entlädt sich der Speicherkondensator durch die Primärwicklung der Zündspule und der in der Sekundärwicklung induzierte Hochspannungsimpuls wird dem Verteiler zugeführt.
Die Zündschaltung wird durch Steuerimpulse gesteuert, die dem Impulsübertrager eingespeist werden. Zur Erzeugung der Steuerimpulsle wird entweder der mechanische Unterbrecher oder ein anderer Geber benutzt. Ein magnetischer Geber liefert im wesentlichen sinusförmige Steuersignale, aus denen dann in einer Impulsformerstufe Steueiisignale gebildet werden. Die Steuerimpulse sollen möglichst grosse Flankensteilheit aufweisen, d. h. praktisch Rechtecksimpulse sein, und ihre Impulsdauer sollte möglichst kleiner sein, als die Ausschaltzeit des Thyristors der Zündschaltung. Zur Erzeugung solcher Impulse können die sinusförmigen Steuersignale des Gebers stark verstärkt werden, um die gewünschte Flankensteilheit zu erhalten.
Eine solche Verstärkung führt jedoch zu einer erheblichen Störanfälligkeit d.er Zündeinrichtung, da mit den Steuersignalen auch Störsignale verstärkt werden, die zu einem unerwünschten Durchschalten des Thyristors der Zündschaltung führen können. Bei dem im Hauptpatent ausführlich beschriebenen magnetischen Geber werden zufolge der Kleinbauweise nur verhältnismässig schwache Steuersignale erhalten, so dass eine erhebliche Verstärkung nötig wäre, um die gewünschten Steuerimpulse zu erhalten.
Eine nachträglich oder zusätzlich zur vorhandenen Zündanlage einzubauende elektronische Zündeinrichtung wird nur dann wirtschaftlich herzustellen sein oder betriebssicher arbeiten, wenn von ihr die für die jeweilige Brennkraftmaschine bestimmte Zündkurve sozusagen übernommen wird. Bei den induktiv erzeugten Steuersignalen treten jedoch Phasenverschiebungen auf, deren Grösse von der Ohm'schen Belastung abhängig ist. Für eine solche Übernahme der vorhandenen Zündkurve ist daher Voraussetzung, dass die vom Geber gelieferten Steuersignale in der Impulsformerstufe zur Erzeugung der Steuerimpulse möglichst wenig belastet werden.
Es hat sich gezeigt, dass eine elektronische Zündeinrichtung nach dem Hauptpatent, bei der die Induktionsspule des magnetischen Gebers über eine Impulsformerstufe an eine bekannte Zündschaltung angeschlossen ist, bei Verwendung üblicher Impulsformerschaltungen nicht befriedigend arbeitet, da die Zündeinrichtung entweder zu störanfällig ist und/oder Ver änderungen in der Zündkurve auftreten.
Diese Nachteile werden gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, dass an die Induktionsspule ein Transistorverstärker angelschlossen ist, der eingangsseitig durch die einen Halbwellen des bei rotierendem Magnetläufer erzeugten Steuersignals gesteuert wird, und dass an die Ausgänge des Transistorverstärkers ein steuerbarer Gleichrichter mit einem Begrenzungswiderstand und an den Verbindungspunkt von Begrenzungswiderstand und Gleichrichter ein aus einem Kondensator und einem in Reihe zu diesem geschalteten Widerstand bestehendes RC-Glied angeschlossen sind und der steuerbare Gleichrichter von einem ihm parallel geschalteten und an seine Steuerelektrode angeschlossenen Referenzspannungs-Glied mit einer unterhalb der Arbeitsspannung des Transi storverstärkers liegenden Referenzspannungswert <RTI
ID=2.5> durch- geschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers die Referenzspannung erreicht, um über das RC-Glied für jede der einen Halbwellen des Steuersignales einen Steuerimpuls für eine an das RC-Glied angeschlossene Zündschaltung zu erzeugen.
Nachfolgend werden Einzelheiten der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Schaltbild der elektronischen Zündeinrichtung nach der Erfindung.
Der magnetische Geber besteht, wie im Hauptpatent ausführlich beschrieben, aus einer am Schaft des Verteilerfinger 1 drehfest befestigten Scheibe 2 aus nichtmagnetischem Werkstoff, in die eine der Zylinderzahl der jeweiligen Brennkraftmaschine gleiche Anzahl Permanentmagnete 3 eingesetzt ist. Beispielsweise die Südpole der Permanentmagnete 3 weisen Polflächen 3a auf, die auf der dem Verteilerfinger 1 abgewandten Scheibenseite frei liegen und bei rotierender Scheibe 2 die Stirnfläche 4a eines Weicheisenkernes 4 einer unterhalb der Scheibe 2 feststehend angeordneten Induktionsspule 5 überqueren. Das eine Ende der Induktionsspule 5 ist am Eingang I einer Impulsformerstufe 17.
Der Ausgang A der Impulsformerstufe 17 ist mit dem Steuereingang E einer an sich bekannten Zündschaltung 1S verbunden. Die Zündschaltung 18 enthält eine übliche Zündspule 20, durch deren Primärwicklung von einem Thyristor S2 gesteuert ein Kondensator entladen wird. Die Sekundärwicklung der Zündspule 20 ist über eine Zündleitung 22 mit dem Kontakt des Verteilerfingers 1 verbunden. Da Zündschaltungen dieser Art in Fachkreisen allgemein bekannt sind, sind Einzelheiten derselben nicht dargestellt.
Die im Schaltbild dargestellte Impulsformerstufe 17 enthält als Verstärker einen npn-Transistor T5 in Emitterschaltung. Der negative Pol der Batterie B ist über einen Widerstand R2 mit der Basis und über einen Widerstand R4 mit dem Emitter des Transistors T1 verbunden. Der positive Pol der Batterie B ist über einen Zündschalter 19 und einen Widerstand R5 mit der Basis und einen Widerstand R5 mit dem Kollektor des Transistors T1 verbunden. Die Basis des Transistors Ti ist über einen Widerstand Rl, eine Diode Dl und die Eingangsklemme I der Impulsformerstufe mit dem einen Ende der Induktionsspule 5 verbunden, deren anderes Ende an Masse liegt.
Die Ausgangssignale des Verstärkers werden an den Ausgängen L und M abgenommen, von denen der eine Ausgang L an den Kollektor und der andere Ausgang M an den Emitter des Transistors T1 angeschlossen ist. Die Kollektor-Emitter-Strecke ist durch einen am Ausgang L angeschlossenen Begrenzungswiderstand R6 und einen mit diesem in Reihe geschalteten Thyristor Sl überbrückt, dessen Kathode am Ausgang M angeschlossen ist.
Die Anode des Thyristors, d. h. der Verbindungspunkt N von Begrenzungswiderstand R6 und Thyristor Sl ist mit der einen Elektrode eines Kondensators Cl verbunden, dessen andere Elektrode über einen Ladewiderstand R9 mit dem negativen Pol der Batterie B verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das aus dem Kondensator Cl und dem Widerstand R9 gebildete RC-Glied als Teil der Eingangsstufe der elektronischen Zündschaltung 18 gezeichnet. Die Eingangsstufe besteht aus einem Impulsverstärker mit einem npn-Transistor T2 in bekannter Schaltungsanordnung.
Die Basis des Transistors T2 ist am Verbindungspunkt P von Kondensator Ci und Widerstand Rg des RC-Gliedes angeschlossen. Ein Widerstand R8 bildet zusammen mit dem Widerstand R5 des RC-Gliedes den Basis-Spannungsteiler für den Transistor der Impuls verstärkers tufe.
Parallel zum Thyristor Sl der Impulsformerstufe 17 ist eine Zenerdiode Zl mit einem Arbeitswiderstandl R7 geschaltet. Die Kathode der Zenerdiode Zt liegt am Verbindungspunkt N von Thyristor St und Begrenzungswiderstand R6 und die Anode der Zenerdiode Zt ist an die Steuerelektrode G des Thyristors S1 angeschlossen. Benutzt wird eine Zenerdiode mit einer Zenerspannung deren Wert niedriger liegt als die Arbeitsspannung des Transistorverstärkers Tl, R...R. Vorzugsweise soll die Zenerspannung höch- stens 700/0 der Arbeitsspannung betragen.
Bei rotierender Scheibe 2 wird in der Induktionsspule 5 eine im wesentlichen sinusförmige Signalspannung induziert, wobei jedoch zum Unterschied von bekannten magnetischen Gebern das Magnetfeld nicht umgepolt wird.
Die einen Halbwellen der Signalspannung werden bei sich im Eisenkern aufbauendem Magnetfeld und die anderen bei abklingendem Magnetfeld gebildet. Die vorstehend bereits erwähnte belastungsabhängige Phaseverschiebung findet jeweils bei sich aufbauendem Magnetfeld statt. Zur Erzeugung der Signalimpulse werden die Vorderflanken der Halbwellen benutzt. Der Wicklungssinn der Induktionsspule und die Polarität der Permanentmagnete wird so gewählt, dass sich bei aufbauendem Magnetfeld die Halbwellen mit positiver Amplitude und bei abklingendem Magnetfeld die Halbwellen mit negativer Amplitude bilden. Die negativen Halbwellen sind dann von der Grösse der Ohm'schen Belastung praktisch unabhängig.
Die positiven Halbwellen werden durch die Diode Dt unterdrückt und die negativen über den Widerstand Rl der Basis des Tran sistors T1 zugeführt. Bei jeder Halbwelle steigt die Spannung am Kollektor des Transistors T1 an. Erreicht diese Signalspannung den Wert der Zenerspannung der Zenerdiode Zl, d. h. den Wert der Referenzspannung, so wird die Zenerdiode Z1 leitend und über die Steuerelektrode G wird der Thyristor St durchgeschaltet, so dass sich der Kondensator Cl des RC-Gliedes schnell entlädt und am Verbindungspunkt P des RC-Gliedes ein kurzer, z.
B. 2,teslec langer negativer Impuls entsteht, der der Basis des Transistors T2 des Eingangsimpulsverstärkers der Zündschaltung 18 zugeführt wird. Mit ahnehmender Amplitude der Eingangssignalspannung am Transistor T1 fällt auch die Signalspannung am Kollektor auf ein Minimum, so dass der Thyristor S, in den nichtleitenden Zustand ausgeschaltet wird und die Schaltung zur Erzeugung eines Steuerimpulses aus der nächsten eintreffenden Signalhalbwelle bereit ist.
Die Zenerspannung beträgt, wie erwähnt, höchstens 700/0 der Arbeitsspannung des Transistorverstärkers.
Damit wird gewährleistet dass auch bei geringsten Drehzahlen, insbesondere beim Anlassen mit Sicherheit Zündfunken erzeugt werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Zündeinrichtung ist, dass an die Impuisformerstufe 17 ein Drehzahlmesser angeschlossen werden kann. Zu diesem Zweck ist der Kollektor des Transistors T1 an ein.e Ausgangsklemme F angeschlossen. Ein handelsüblicher Drehzahlmesser RPM kann dann über eine Anpassungsschaltung 21 an die Ausgangsklemme F angeschlossen werden. Die Anpassungsschaltung 21 kann einen npn-Transistor T5 enthalten, der mit jedem Steuersignal durch Entladen eines Kondensators einen Impuls für den Drehzahlmesser erzeugt.
Der vorstehend beschriebene Impulsformer macht die elektronische Zündeinrichtung völlig unempfindlich auf Störimpulse, so dass eine sichere Zündung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet ist. Zudem ist er einfach im Aufbau und damit preisgünstig in der Herstellung.
Electronic ignition device on an internal combustion engine
According to the main patent, an electronic ignition device is characterized on an internal combustion engine with an ignition distributor, in which an ignition switch device electrically connected to the distributor finger on the output side is controlled without contact by a magnetic transmitter, which has a magnetic rotor driven by the distributor shaft and a stationary induction coil characterized in that the magnetic rotor of the sender consists of a disc made of non-magnetic material that is non-rotatably attached to the distributor finger and has a number of permanent magnets equal to the number of cylinders of the internal combustion engine,
The permanent magnets on the disk are evenly distributed in the circumferential direction at the same distance from the axis of rotation of the distributor finger and their one pole faces are exposed on the disk side facing away from the distributor finger and in a plane perpendicular to the axis of rotation, and an induction coil with a soft iron core is arranged below the disk that when the disk is rotating, the aforementioned pole faces cross the face of the soft iron core.
A magnetic encoder designed in this way is not only economical to manufacture and well suited for series production, but can also be retrofitted into practically any existing distributor housing, with just a few steps required, with the mechanical interrupter in particular not needing to be removed so that can be switched from the electronic to the original ignition with minor switchovers if necessary.
The induction coil can be fastened to the breaker plate carrying the mechanical breaker, so that because of the fastening of the disk on the distributor finger, the existing ignition timing adjustment can be used with a subsequently installed electronic ignition device.
In known and customary electronic ignition circuits, the primary circuit of the ignition coil contains a storage capacitor and a controllable rectifier, preferably a thyristor, as an electronic switching element. The storage capacitor is charged via a DC voltage converter and the thyristor is controlled via a pulse transformer. When the thyristor is switched on, the storage capacitor is discharged through the primary winding of the ignition coil and the high-voltage pulse induced in the secondary winding is fed to the distributor.
The ignition circuit is controlled by control pulses that are fed to the pulse transmitter. Either the mechanical interrupter or another transmitter is used to generate the control pulses. A magnetic transmitter supplies essentially sinusoidal control signals from which control signals are then formed in a pulse shaper stage. The control pulses should have the greatest possible edge steepness, d. H. practically square-wave pulses, and their pulse duration should be as short as possible than the switch-off time of the thyristor of the ignition circuit. To generate such pulses, the sinusoidal control signals of the encoder can be strongly amplified in order to obtain the desired edge steepness.
Such an amplification, however, leads to a considerable susceptibility of the ignition device to interference, since the control signals also amplify interference signals which can lead to an undesired switching on of the thyristor of the ignition circuit. In the case of the magnetic encoder, which is described in detail in the main patent, only relatively weak control signals are received due to the small construction, so that considerable amplification would be necessary in order to obtain the desired control pulses.
An electronic ignition device to be installed subsequently or in addition to the existing ignition system will only be economical to manufacture or operate reliably if it takes over the ignition curve determined for the respective internal combustion engine, so to speak. However, phase shifts occur in the inductively generated control signals, the magnitude of which depends on the ohmic load. For such a takeover of the existing ignition curve it is therefore a prerequisite that the control signals supplied by the encoder are loaded as little as possible in the pulse shaper stage for generating the control pulses.
It has been shown that an electronic ignition device according to the main patent, in which the induction coil of the magnetic transmitter is connected to a known ignition circuit via a pulse shaper stage, does not work satisfactorily when using conventional pulse shaper circuits, since the ignition device is either too prone to failure and / or changes occur in the ignition curve.
These disadvantages are avoided according to the present invention in that a transistor amplifier is connected to the induction coil, which is controlled on the input side by the one half-wave of the control signal generated when the magnetic rotor is rotating, and that a controllable rectifier with a limiting resistor is connected to the outputs of the transistor amplifier and to the The connection point of the limiting resistor and the rectifier is connected to an RC element consisting of a capacitor and a resistor connected in series to this, and the controllable rectifier is connected to a reference voltage element connected in parallel to it and connected to its control electrode with a reference voltage value below the operating voltage of the transistor amplifier <RTI
ID = 2.5> is switched through when the output voltage of the amplifier reaches the reference voltage in order to generate a control pulse for an ignition circuit connected to the RC element via the RC element for each of the half-waves of the control signal.
In the following, details of the invention are described and explained in more detail using an exemplary embodiment and the drawing.
The single figure of the drawing shows a circuit diagram of the electronic ignition device according to the invention.
As described in detail in the main patent, the magnetic transmitter consists of a disk 2 made of non-magnetic material which is fixedly attached to the shaft of the distributor finger 1 and into which a number of permanent magnets 3 equal to the number of cylinders of the respective internal combustion engine is inserted. For example, the south poles of the permanent magnets 3 have pole faces 3a which are exposed on the disk side facing away from the distributor finger 1 and, when the disk 2 rotates, cross the end face 4a of a soft iron core 4 of an induction coil 5 fixed below the disk 2. One end of the induction coil 5 is at the input I of a pulse shaper stage 17.
The output A of the pulse shaper stage 17 is connected to the control input E of an ignition circuit 1S known per se. The ignition circuit 18 contains a conventional ignition coil 20, through the primary winding of which is controlled by a thyristor S2, a capacitor is discharged. The secondary winding of the ignition coil 20 is connected to the contact of the distributor finger 1 via an ignition line 22. Since ignition circuits of this type are well known in the art, details thereof are not shown.
The pulse shaper stage 17 shown in the circuit diagram contains an npn transistor T5 in the emitter circuit as an amplifier. The negative pole of the battery B is connected to the base via a resistor R2 and to the emitter of the transistor T1 via a resistor R4. The positive pole of the battery B is connected via an ignition switch 19 and a resistor R5 to the base and a resistor R5 to the collector of the transistor T1. The base of the transistor Ti is connected via a resistor Rl, a diode Dl and the input terminal I of the pulse shaping stage to one end of the induction coil 5, the other end of which is connected to ground.
The output signals of the amplifier are picked up at the outputs L and M, of which one output L is connected to the collector and the other output M is connected to the emitter of the transistor T1. The collector-emitter path is bridged by a limiting resistor R6 connected to the output L and a thyristor S1 connected in series with the latter, the cathode of which is connected to the output M.
The anode of the thyristor, i.e. H. the connection point N of limiting resistor R6 and thyristor S1 is connected to one electrode of a capacitor C1, the other electrode of which is connected to the negative pole of battery B via a charging resistor R9. In the exemplary embodiment shown, the RC element formed from the capacitor C1 and the resistor R9 is shown as part of the input stage of the electronic ignition circuit 18. The input stage consists of a pulse amplifier with an npn transistor T2 in a known circuit arrangement.
The base of the transistor T2 is connected to the connection point P of the capacitor Ci and resistor Rg of the RC element. A resistor R8 forms together with the resistor R5 of the RC element the base voltage divider for the transistor of the pulse amplifier stage.
A Zener diode Zl with an operating resistor R7 is connected in parallel to the thyristor S1 of the pulse shaper stage 17. The cathode of the Zener diode Zt is connected to the connection point N of the thyristor St and the limiting resistor R6 and the anode of the Zener diode Zt is connected to the control electrode G of the thyristor S1. A Zener diode is used with a Zener voltage whose value is lower than the working voltage of the transistor amplifier Tl, R ... R. The Zener voltage should preferably be at most 700/0 of the working voltage.
When the disk 2 is rotating, an essentially sinusoidal signal voltage is induced in the induction coil 5, but in contrast to known magnetic sensors, the polarity of the magnetic field is not reversed.
One half-waves of the signal voltage are formed when the magnetic field builds up in the iron core and the others when the magnetic field fades away. The load-dependent phase shift already mentioned above takes place when a magnetic field is building up. The leading edges of the half-waves are used to generate the signal pulses. The winding direction of the induction coil and the polarity of the permanent magnets are chosen so that when the magnetic field builds up, the half-waves with positive amplitude are formed and when the magnetic field fades away, the half-waves with negative amplitude are formed. The negative half-waves are then practically independent of the size of the ohmic load.
The positive half-waves are suppressed by the diode Dt and the negative ones fed through the resistor R1 to the base of the transistor T1. The voltage at the collector of transistor T1 increases with each half cycle. If this signal voltage reaches the value of the Zener voltage of the Zener diode Zl, d. H. the value of the reference voltage, the Zener diode Z1 becomes conductive and the thyristor St is switched on via the control electrode G, so that the capacitor Cl of the RC element discharges quickly and a short, z.
B. 2, teslec long negative pulse arises, which is fed to the base of transistor T2 of the input pulse amplifier of the ignition circuit 18. With increasing amplitude of the input signal voltage at transistor T1, the signal voltage at the collector also falls to a minimum, so that the thyristor S is switched off in the non-conductive state and the circuit is ready to generate a control pulse from the next incoming signal half-wave.
As mentioned, the Zener voltage is at most 700/0 of the working voltage of the transistor amplifier.
This ensures that ignition sparks are generated with certainty even at the lowest speeds, especially when starting.
Another advantage of this ignition device is that a tachometer can be connected to the pulse former stage 17. For this purpose the collector of the transistor T1 is connected to an output terminal F. A commercially available rev counter RPM can then be connected to the output terminal F via an adapter circuit 21. The matching circuit 21 can contain an npn transistor T5 which generates a pulse for the tachometer with each control signal by discharging a capacitor.
The pulse shaper described above makes the electronic ignition device completely insensitive to interference pulses, so that reliable ignition is ensured both at low and high speeds. In addition, it is simple in construction and therefore inexpensive to manufacture.