DE10145541C2 - Zünder für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zünder für Brennkraftmaschinen, der einen Primärstromkreis mit einem ersten Schalter für eine Primärwicklung zur Erzeugung von Induktionen in einer Sekundärwicklung eines Sekundärstromkreises mit Zündstrecke und der einen Verbraucherstromkreis mit wenigstens einer der beiden Wicklungen aufweist.

Im Stand der Technik sind eine Vielzahl unterschiedlicher Zünder für Brennkraftmaschinen vorzufinden.

Die DE 33 19 952 C2 offenbart eine Zündvorrichtung, deren Sekundärspule angezapft ist. Die Anzapfung der Sekundärspule dient der Auflösung des Widerspruches, der Zündstrecke einen möglichst großen Entladungsstrom zuzuführen, d. h., daß das Wicklungsverhältnis der Sekundärwicklung zur Primärwicklung klein sein muß und der Zündvorrichtung eine hohe Spannung zuzuführen um die Isolation der Zündstrecke zu durchbrechen, d. h., daß das Wicklungsverhältnis von Sekundärwicklung zur Primärwicklung groß sein muß.

In der DE 25 31 337 C3 ist ein Zünder offenbart, dessen Primärwicklung angezapft ist. Die Anzapfung der Primärspule dient zur Ausbildung eines Nebenschlußzweiges und zur Entlastung der Zündspule.

Die US 4,163,437 betrifft eine Zündanlage. Dabei werden negative Halbwellen eines im Betriebsbereich erzeugten Wechselstroms einen Verbraucher zugeführt.

Die DE 32 48 388 A1 betrifft ein elektronisches Zündsystem für eine Brennkraftmaschine. Auch in dieser Offenlegungsschrift wird ein Verbraucher im Betriebsbereich periodisch durch die Primärspule gespeist. Die in der Primärspule erzeugten negativen Halbwellen werden dem Verbraucher zugeführt.

In der DE 195 24 259 A1 ist eine elektromagnetische Pumpe offenbart. Die Pumpe wird über einen Kondensator gespeist, der durch die negativen Halbwellen, der durch das Polrad induzierten Spannung geladen wird.

Die DE 34 01 449 A1 betrifft einen Magnetzünder. Dabei wird ein elektrischer Verbraucher über eine zusätzliche Wicklung mit Strom versorgt.

Die im Stand der Technik benannten Zünder weisen den Nachteil auf, die Energie im Abregelbereich des Zünders nicht zu nutzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Zünder für Brennkraftmaschinen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen gattungsgemäßen Zünder für Brennkraftmaschinen gelöst, wobei der erste Schalter in einem Betriebsbereich den Primärstromkreis öffnet und/oder schließt und der Verbraucherstromkreis einen zweiten Schalter für einen Verbraucher aufweist, mit den der Verbraucherstromkreis in einem Abregelbreich schließbar ist.

Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung können auf einem Kern, vorzugsweise Weicheisenkern angeordnet sein. Die Anordnung kann mit einem bewegbaren Magneten zusammenwirken. Vorzugsweise ist der bewegbare Magnet als rotierbares Polrad ausgebildet, das in der Primär- und Sekundärwicklung eine Wechselspannung induziert.

Eine mögliche Anordnung mit Primärwicklung, Sekundärwicklung und gegebenenfalls einem Teil des bewegbaren Magnetes, insbesondere Polrades und einem Kern bildet einen magnetischen Kreis aus.

Auch die in der Sekundärwicklung erzeugte Wechselspannung kann für einen Verbraucher nutzbar gemacht werden.

Es ist grundsätzlich auch denkbar den erfindungsgemäßen Zünder mit einer Gleichspannung zu betreiben. Dazu kann eine Gleichspannungsquelle im Primärstromkreis vorgesehen sein.

Die Aufgabe wird vorzugsweise durch einen Zünder für Brennkraftmaschinen, der einen Primärstromkreis mit einem ersten Schalter für eine Primärwicklung zur Erzeugung von Induktionen in einer Sekundärwicklung eines Sekundärstromkreises mit Zündstrecke und der einen Verbraucherstromkreis mit der Primärwicklung und einen zweiten Schalter für einen Verbraucher aufweist, gelöst. Der Verbraucherstromkreis umfaßt dabei günstigenfalls nicht die Sekundärwicklung.

Durch Schließen des ersten Schalters ist ein Stromfluß im Primärstromkreis erzeugbar. Dabei baut sich ein Magnetfeld in der Primärwicklung auf. Vorzugsweise durch das plötzliche Öffnen des ersten Schalters bricht das Magnetfeld der Primärwicklung zusammen und die magnetische Flußänderung induziert in der Sekundärwicklung eine Sekundärspannung. Diese ist vorzugsweise so groß, daß der Widerstand der Zündstrecke überwindbar ist. Der sich nach Öffnen des ersten Schalters im Primärstromkreis abbauende Primärstrom ist in einer bevorzugten Ausführungsform des Zünders in einen Löschkondensator leitbar. Es ist aber auch denkbar, auf den Löschkondensator zu verzichten oder ihn durch andere vorzugsweise kapazitive Bauelemente zu ersetzen.

Der Zünder weist einen zweiten Schalter auf, durch den der Verbraucherstromkreis mit einem Verbraucher schließbar ist. Vorzugsweise sind der erste Schalter und der zweite Schalter gekoppelt. Vorzugsweise weist der Zünder einen Betriebsbereich und einen Abregelbereich auf und der erste Schalter öffnet und schließt den Primärstromkreis im Betriebsbereich und der zweite Schalter öffnet und schließt den Verbraucherstromkreis im Abregelbereich.

Unter Betriebsbereich des Zünders wird dabei derjenige Arbeitsbereich des Zünders verstanden, in dem grundsätzlich eine Zündung pro Arbeitstakt der Brennkraftmaschine erfolgt. Im Abregelbreich des Zünders erfolgt grundsätzlich keine Zündung mehr.

Vorzugsweise wird der erste Schalter und/oder der zweite Schalter als elektronischer Schalter ausgebildet. Eine solche Ausbildung ist insbesondere in Hinblick auf den ersten Schalter vorteilhaft, weil beispielsweise bei einem Zweitaktmotor pro Umdrehung der Kurbelwelle eine Zündung des Kraftstoffluftgemisches erfolgt. Die Anzahl der Schaltzustandsänderungen des ersten Schalters entspricht somit der unter Umständen sehr hohen (mehrere tausend Umdrehungen pro Minute) Umdrehungszahl der Kurbelwelle. Die Belastung eines mechanischen Schalters wäre somit hoch. Grundsätzlich sind die Schaltzustandsänderungen aller hier beschriebenen Schalter auch durch die Hin- und Herbewegung eines mechanischen Schalters ausführbar.

Vorzugsweise ist die Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter derart, daß der zweite Schalter bei geöffnetem ersten Schalter schließbar ist. In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Schalter grundsätzlich nur im Abregelbereich des Zünders schließbar.

Im Betriebsbereich ist der Primärstrom zur Beeinflussung des magnetischen Kreises notwendig. Ein zusätzlicher Verbraucher könnte den Primärstrom zu stark herabsetzen und eine Schwächung des Zündfunkens zur Folge haben.

Im Abregelbereich wird ein hoher Primärstrom für die Erzeugung des Zündfunkens nicht benötigt. Der Primärstrom ist vorzugsweise in diesem Abregelbereich des Zünders für einen anderen Verbraucher nutzbar.

Günstigenfalls weist der Zünder einen Dreizustandschalter auf, der den ersten und zweiten Schalter umfaßt, wobei der Dreizustandschalter im Betriebsbereich zwischen einem Primärzustand zum Schließen des Primärstromkreises und einem Nullzustand wechselt und im Abregelbereich auf einen Verbraucherzustand zum Einschalten des Verbrauchers wechselt. Im Nullzustand fließt weder Strom durch den Primärstromkreis noch durch den Verbraucher.

Im Betriebsreich wechselt der Dreizustandschalter entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine zwischen Primärzustand und Nullzustand hin und her. Beim Übergang von Primärzustand in den Nullzustand wird der Primärstromkreis unterbrochen und eine Zündspannung in der Sekundärspule induziert. Nach Wechsel vom Nullzustand in die Primärzustand kann wieder Strom in der Primärwicklung fließen. Im Abregelbereich wechselt der Dreizustandschalter aus dem Nullzustand in den Verbraucherzustand. Der Dreizustandschalter bleibt vorzugsweise während der ganzen Zeit in der der Zünder abgeregelt ist in dem Verbraucherzustand. Der Verbraucher ist somit bei abgeregeltem Zünder ständig mit Strom versorgbar.

Der erfindungsgemäße Zünder stellt somit insbesondere in den Zeitabschnitten, in denen der Zünder abgeregelt ist, eine Spannungsquelle zur Verfügung. Grundsätzlich kann durch diese Spannungsquelle ein weiterer Verbraucher gespeist werden. Der erfindungsgemäße Zünder erweist sich insbesondere für Kleingeräte, die Brennkraftmaschinen aufweisen, als vorteilhaft. Der erfindungsgemäße Zünder ist in besonders vorteilhafter Weise für handgeführte Kleingeräte, insbesondere Kettensägen und Motorsensen anwendbar. Derartige Kleingeräte verfügen grundsätzlich über wenig Platz zur Aufnahme zusätzlicher Spannungsquellen. Der erfindungsgemäße Zünder benötigt günstigenfalls nur eine weiter Stromleitung, um eine zusätzliche Spannungsquelle zur Verfügung zu stellen. Diese Spannungsquelle ist insbesondere in Kleingerätegehäusen anzapfbar.

Zwischen der Primärspule und dem Verbraucher kann eine Spannungsaufbereitungsschaltung vorgesehen sein. Die Spannungsaufbereitungsschaltung kann in vielfältiger Weise ausgebildet sein. Die Spannungsaufbereitungsschaltung kann einen Spannungsgleichrichter und/oder einen Spannungsbegrenzer umfassen.

In einer Ausführungsform der Erfindung generiert ein Polrad den Primärstrom. Dieses Polrad ist vorzugsweise von der Welle der Brennkraftmaschine angetrieben. Durch das Polrad ist vorzugsweise in einem Weicheisenkern ein wechselndes Magnetfeld erzeugbar. Das wechselnde Magnetfeld erzeugt durch Induktion in der Primärspule den Primärstrom in Form eines Wechselstromes. Die Umdrehungszahl des Polrades ist dabei vorzugsweise auf die der Zahl der Schaltzustandsänderungen des ersten Schalters zwischen Primärzustand und Nullzustand abgestimmt. Bei Zweitaktmotoren entsprechen sich die beiden Zahlen pro Zeiteinheit. Die Abstimmung erfolgt dabei vorzugsweise durch eine elektronische Schaltung.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Verbraucher eine Steuervorrichtung für die Kraftstoffzufuhr der Brennkraftmaschine auf. Im Abregelbereich des Zünders benötigt die Brennkraftmaschine eine geringere Kraftstoffzufuhr. Die Kraftstoffzufuhr kann somit im Abregelbereich reduziert werden. Dieses geschieht vorzugsweise über eine Steuervorrichtung. Der erfindungsgemäße Zünder schaltet die Steuervorrichtung im Abregelbereich ein. Die Nutzungszeiten der Steuervorrichtungen entsprechen somit im wesentlichen den Zeiten, in dem sich der Zünder im Abregelbereich befindet. Günstigenfalls umfaßt die Steuervorrichtung ein Magnetventil. Es sind aber auch andere Steuervorrichtungen denkbar.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Zünders je ein erstes und zweites Ende auf und das zweite Ende der Primärwicklung ist mit dem ersten Ende des Sekundärwicklung elektrisch verbunden und das zweite Ende der Sekundärwicklung ist über die Zündstrecke und den Löschkondensator mit dem zweiten Ende der Primärwicklung und dem ersten Ende der Sekundärwicklung elektrisch verbunden und der Dreizustandschalter ist im Primärzustand parallel zum Löschkondensator geschaltet und im Verbraucherzustand in Reihe mit der Spannungsaufbereitungsschaltung geschaltet, die mit dem Verbraucher elektrisch verbunden ist. Diese Schaltung läßt sich durch einfache Abwandlung einer Schaltung gemäß dem Stand der Technik herstellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zünders ist eine Verbraucherwicklung für einen weiteren Verbraucher vorgesehen. Der weitere Verbraucher und der Verbraucher können identisch sein. Die Verbraucherwicklung ist auf die Strom und Spannungsbedürfnisse des weiteren Verbrauchers ausgelegt. Die Verbraucherwicklung kann Teil der Primärwicklung sein oder als gesonderte Wicklung neben der Primärwicklung angeordnet sein.

Der erfindungsgemäße Zünder ist grundsätzlich in Viertakt- als auch in Zweitaktmotoren einbaubar. Andere Anwendungsmöglichkeiten sind ebenfalls denkbar. Der in einem Viertaktmotor eingebaute Zünder schließt den zweiten Schalter vorzugsweise im Bereich des Ansaugtaktes und Auspufftaktes. Grundsätzlich ist eine Zündung bei einem Viertaktmotor nur bei jeder zweiten Kurbelumdrehung nötig.

Der Zündwinkel des Zünders kann über eine entsprechende Schaltung einstellbar sein. Die Schaltung ist dabei so dimensioniert, daß eine Zündung des Kraftstoffluftgemisches bei hohen Drehzahlen weiter vor dem Totpunkt des Kolbens erfolgt. Die entsprechende Schaltung kann sowohl bei Zweitakt als auch bei Viertaktmotoren aber auch in anderen Anwendungsbereichen des erfindungsgemäßen Zünders vorgesehen sein.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zünders wird an Hand von zwei Figuren beispielhaft erläutert:

Fig. 1 Schaltskizze eines bekannten Zünders,

Fig. 2 Schaltskizze eines erfindungsgemäßen Zünders.

Fig. 1 stellt die Schaltung eines bekannten Zünders dar. Ein rotierendes Polrad 1 induziert in einer Primärwicklung 2 und einer Sekundärwicklung 3 Wechselspannungen. Das Polrad 1 bildet zusammen mit der auf einen Weicheisenkern gewickelten Primärwicklung 2 und Sekundärwicklung 3 einen magnetischen Kreis aus.

Die Primärwicklung 2 und ein erster Schalter 4 sind Bauteile eines Primärstromkreises. Der erste Schalter 4 ist ein elektronischer Schalter. Der erste Schalter 4 kann in einen Primärzustand gebracht werden, der einem geschlossenen ersten Schalter 4 entspricht. In dem Primärzustand des ersten Schalters 4 fließt ein Primärstrom. Der erste Schalter 4 weist einen Nullzustand auf, der einem geöffneten ersten Schalter 4 entspricht. Im Nullzustand unterbricht der erste Schalters 4 den Fluß des Primärstromes. Die Unterbrechung des Flusses des Primärstromes bewirkt eine plötzliche Änderung des magnetischen Flusses in der Primärwicklung 2 und beeinflußt somit den magnetischen Kreis. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 3 eine Sekundärspannung induziert. Das Wicklungsverhältnis von Primärwicklung 2 und Sekundärwicklung 3 ist dabei so bemessen, daß die induzierte Sekundärspannung den Widerstand einer Zündstrecke 5 überwindet und ein Zündfunke erzeugt wird. Der Zündfunke entzündet ein Kraftstoffluftgemisch in einem Brennraum eines Zweitaktmotors. Durch einen ständigen Wechsel des Schaltzustandes des ersten Schalters 4, ist in kurzen Abständen ein Zündfunke erzeugbar.

Der nach Öffnen des ersten Schalters 4 sich im Primärstromkreis abbauende Primärstrom ist in einen Löschkondensator 6 leitbar.

Die Zündstrecke 5, der Löschkondensator 6 und der erste Schalter 4 sind an Masse gelegt.

Das Polrad 1 ist von einer Kurbelwelle des Zweitaktmotors angetrieben. Die Zahl der Drehungen des Polrades 1 pro Zeiteinheit und die Zahl der Schaltzustandsänderungen des ersten Schalters 4 pro Zeiteinheit zur Erzeugung eines Zündfunkens sind gleich.

Der erfindungsgemäße Zünder gemäß Fig. 2 weist einen zusätzlichen Verbraucherstromkreis auf. In den Verbraucherstromkreis sind eine Spannungsaufbereitungsschaltung 7 und ein Verbraucher 8 geschaltet. Der erste Schalter 4 ist durch einen Dreizustandschalter 9 mit Primär-, Null- und Verbraucherzustand ersetzt. Der Dreizustandschalter 9 schließt im Primärzustand den Primärstromkreis. Im Nullzustand sind Primär- und Verbraucherstromkreis unterbrochen. In dem Verbraucherzustand des Dreizustandschalters 9 ist der Verbraucherstromkreis geschlossen.

Im Betriebsbereich des Zünders folgt eine regelmäßige Zündung. Diese entsteht wie oben beschrieben durch Zustandswechsel von Primärzustand und Nullzustand des Dreizustandschalters 9. Die Wechselfrequenz entspricht dabei der Umdrehungszahl der Kurbelwelle pro Zeiteinheit.

In einem Abregelbereich des Zünders geht der Dreizustandschalter 9 in den Verbraucherzustand über. Im Abregelbereich erfolgt keine Zündung mehr und der Primärstrom ist über die Spannungsaufbereitungsschaltung 7 in einen Verbraucher 8 leitbar. Der Verbraucher 8 ist beispielsweise ein Magnetventil zur Steuerung der Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine. Der Verbraucher kann in einer Ausführungsform a) durch zwei Leitungen mit der Spannungsaufbereitungsschaltung 7 verbunden sein, oder in einer anderen Ausführungsform b) durch eine Leitung mit der Spannungsaufbereitungsschaltung verbunden und mit einer anderen Leitung an Masse gelegt sein.

Claims (13)

1. Zünder für Brennkraftmaschinen, der einen Primärstromkreis mit einem ersten Schalter (4) für eine Primärwicklung (2) zur Erzeugung von Induktionen in einer Sekundärwicklung (3) eines Sekundärstromkreises mit Zündstrecke (5) und der einen Verbraucherstromkreis mit wenigstens einer der beiden Wicklungen (2, 3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter in einem Betriebsbereich den Primärstromkreis öffnet und/oder schließt und der Verbraucherstromkreis einen zweiten Schalter für einen Verbraucher (8) aufweist, mit dem der Verbraucherstromkreis in einem Abregelbreich schließbar ist.

2. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucherstromkreis die Primärwicklung (2) umfaßt.

3. Zünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Löschkondensator (6) im Primärstromkreis vorgesehen ist.

4. Zünder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen der Primärwicklung (2) und der Sekundärwicklung (3) derart bemessen sind, daß durch Öffnen des ersten Schalters eine hinreichend hohe induzierte Spannung für einen Zündfunken in der Sekundärwicklung (3) erzeugbar ist.

5. Zünder nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter nur bei geöffnetem ersten Schalter des Zünders schließbar ist.

6. Zünder nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreizustandschalter (9), der den ersten und zweiten Schalter umfaßt, vorgesehen ist, wobei der Dreizustandschalter (9) zwischen einem Primärzustand zum Schließen des Primärstromkreises und einem Nullzustand und einem Verbraucherzustand zum Schließen des Verbraucherstromkreises wechselt.

7. Zünder nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Primärwicklung (2) und dem Verbraucher (8) eine Spannungsaufbereitungsschaltung (7) vorgesehen ist.

8. Zünder nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (8) eine Steuervorrichtung für die Kraftstoffzufuhr der Brennkraftmaschine umfaßt.

9. Zünder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein Magnetventil umfaßt.

10. Zünder nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Welle der Brennkraftmaschine angetriebenes Polrad (1) den Primärstrom generiert.

11. Zünder nach den Ansprüchen 6 und 7 und den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (2) und die Sekundärwicklung (3) je ein erstes und ein zweites Ende aufweisen und das zweite Ende der Primärwicklung mit dem ersten Ende der Sekundärwicklung elektrisch verbunden ist und das zweite Ende der Sekundärwicklung über die Zündstrecke (5) und den Löschkondensator (6) mit dem zweiten Ende der Primärwicklung (2) und dem ersten Ende der Sekundärwicklung (3) elektrisch verbunden ist und der Dreizustandschalter (9) im Primärzustand parallel zum Löschkondensator (6) geschaltet ist und in dem Verbraucherzustand in Reihe mit der Spannungsaufbereitungsschaltung (7) geschaltet ist, die mit dem Verbraucher (8) elektrisch verbunden ist.

12. Zünder nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbraucherwicklung für einen weiteren Verbraucher vorgesehen ist.

13. Zünder nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zünder in einem Viertaktmotor eingebaut ist und der zweite Schalter den Verbraucherstromkreis im Bereich des Ansaugtaktes und Auspufftaktes schließt.