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Elektrische Zündanordnung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine elektrische Zündanordnung für Brennkraftmaschinen, mit einer Zündspule,
einer Gleichstromquelle und einem kontaktlosen Unterbrecher.
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Die bekannten Zündvorrichtungen mit mechanischen Unterbrecherkontakten
im Zündspulenstromkreis besitzen den Nachteil, daß bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine
infolge der Eigenfrequenz der Kontaktfeder Störungen, beispielsweise Zurückprallen
der Kontakte od. dgl., auftreten können. Da andererseits bei diesen bekannten Anordnungen
die Zündspule eine große Selbstinduktion besitzen soll, damit die Zündung auch bei
geringer Drehzahl einwandfrei arbeitet, treten bei hohen Drehzahlen wiederum große
Magnetverluste auf.
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Es sind auch bereits Zündanordnungen bekannt, bei denen an Stelle
der mechanischen Unterbrecherkontakte Gasentladungsröhren, wie Thyratrone oder Kaltkathodenröhren,
Verwendung finden, die periodisch über einen Unterbrecherkontakt, einen Akkumulator
oder einen Stoßspannungsgenerator gezündet werden.
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Allen diesen bekannten Zündanordnungen ist gemeinsam, daß während
der vorgesehenen Zündzeitdauer nur ein relativ kurzzeitig wirksamer Spannungsimpuls
erzeugt wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Zündanordnung zu schaffen,
durch die unter allen Betriebsbedingungen unabhängig von der Maschinendrehzahl stets
eine einwandfreie Zündung der Brennkraftmaschine gewährleistet ist und durch die
der Wirkungsgrad erhöht wird.
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Ausgehend von einer elektrischen Zündanordnung für Brennkraftmaschinen,
mit einer Zündspule, einer Gleichstromquelle und einem kontaktlosen Unterbrecher,
schlägt die Erfindung vor, daß ein auf eine feste Frequenz abgestimmter Oszillator
angeordnet ist mit Zuführung der Oszillatorspannung an die Primärwicklung der Zündspule
und eine mechanische Vorrichtung zur periodischen Unterbrechung der induktiven Kopplung
zwischen Primär- und Sekundärwicklung der Zündspule vorgesehen ist und daß während
einer Zünddauer mehrere Zündspannungsimpulse an den Zündkerzen auftreten.
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Vorzugsweise besteht der Oszillator aus einem mit einem Transistor
arbeitenden Schwingkreis, und die Primärspule ist eine der Schwingspulen; die periodische
Unterbrechung der induktiven Kopplung erfolgt durch eine mit der Kraftmaschine umlaufenden
Metallscheibe, die mit einer oder mehreren dem Zündrhythmus entsprechenden Aussparungen
versehen ist.
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Die Frequenz des Oszillators muß genügend hoch sein, damit in der
für die Zündung eingeräumten Zeitspanne zwischen den Elektroden der Zündkerzen mehrere
Schwingungen auftreten. Wäre die Frequenz zu gering (etwa 10 kHz), so würde bei
hoher Drehzahl während der zur Zündung dienenden Zeitspanne nur eine Schwingung
auftreten, und es würden dadurch zu Beginn der Zündung wesentliche Spannungsschwankungen
entstehen. Wählt man die Schwingungsfrequenz höher als 30 kHz, so ergibt sich daraus
während der zur Zündung dienenden Zeitspanne eine genügende Schwingungszahl zur
Erzielung einer einwandfreien Spannungshöhe.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, daß die erzeugte
Hochspannung von der Drehzahl der Kraftmaschine unabhängig ist und die Zünddauer
weitgehend einstellbar ist, denn es genügt zu diesem Zweck, die Kopplung zwischen
den beiden Spulen mehr oder weniger lange zu unterbrechen.
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Dadurch, daß während der Zünddauer eine Reihe von Schwingungen oder
Spannungsimpulsen erzeugt wird, wird eine wesentliche Verbesserung der Maschinenleistung
und eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs erreicht.
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Die Frühzündung kann nach Belieben und in Abhängigkeit von der Zündfrequenz
dadurch eingestellt werden, daß im sekundären Hochspannungsstromkreis ein Phasenverschieber
angeordnet ist. Die Phasenverschiebung der Hochspannungsimpulse ist dann von der
Frequenz der Kopplungsunterbrechungen und von der Art des Phasenverschiebers abhängig.
Die
Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fig.1 ist ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispieles; Fig.2
ist ein Längsschnitt durch eine dem Schaltschema der Fig.1 entsprechende Vorrichtung;
Fig. 2 a ist ein Querschnitt gemäß der Linie X-X der Fig. 2; Fig. 3 ist ein Schaltschema
eines zweiten Ausführungsbeispieles; Fig.4 ist ein Längsschnitt durch eine dem Schaltschema
der Fig. 3 entsprechende Vorrichtung; Fig. 4 a ist ein Querschnitt gemäß der Linie
Y-Y der Fig. 4.
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Fig.5 zeigt eine andere Ausführungsart der dem Schaltschema gemäß
Fig. 1 entsprechenden Vorrichtung.
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Fig. 1 zeigt ein an sich bekanntes Schaltschema eines elektrischen
Schwingungserzeugers. Der Emitter2 eines PNP-Transistors 1. ist durch einen Schalter
6 mit dem Positivpol einer Gleichstromquelle 5 verbunden, die in diesem Fall durch
die Batterie des Fahrzeuges gebildet ist. Der Schalter 6 wird durch den Kontaktschlüssel
des Fahrzeuges geschlossen. Der Emitter 2 des Transistors wird also mit 6 oder 12
Volt belegt. Die Basiselektrode 3 ist elektrisch mit einem Ende einer Spule 7 verbunden,
deren anderes Ende durch einen Widerstand 8 an den Positivpol der Batterie 5 angeschlossen
ist. Der Kollektor 4 ist mit einem Ende eines Resonanzkreises verbunden, der aus
einer Spule 9 und einem Kondensator 10 besteht und dessen anderes Ende mit dem Negativpol
der Batterie 5 in Verbindung steht. Die Spulen 7 und 9 sind in diesem Fall unmittelbar
miteinander und mit einer dritten Spule 11 gekoppelt, die zur Erhöhung der Spannung
dient. Eines der Enden dieser letzteren Spule ist an die Masse geschlossen, das
andere Ende ist durch einen Phasenschieber 12 an sich bekannter Art mit der Hochspannungspolklemme
13 verbunden.
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Der PNP-Transistor kann natürlich bei dieser Schaltung auch durch
einen PNP-Transistor ersetzt werden, vorausgesetzt daß die Polung der verschiedenen
Elektroden gewechselt wird.
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Wenn der Schwingungserzeuger bei geschlossenem Schalter6 mit einer
gegebenen Frequenz, etwa mit 100 kHz arbeitet, entsteht in der Hochspannungsspule
11 ein fortlaufender Schwingungszug. Wird nun die Kopplung periodisch zwischen den
Spulen 7, 9 einerseits und der Spule 11 anderseits unterbrochen, was durch die strichpunktierte
Linie A-A angedeutet ist, so wird die laufende Schwingungsreihe in Schwingungszüge
oder Impulse geteilt, die nach dem Durchgang durch den Phasenschieber 12 an der
Polklemme 13 abgenommen und den Zündkerzen zugeführt werden können.
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Die Fig. 2 und 2 a zeigen eine Vorrichtung, die dem Schema der Fig.
1 entspricht und für eine Viertaktmaschine mit vier Zylindern bestimmt ist. Im Gehäuse
eines Zündverteilers üblicher Art sind schematisch angedeutet der Transistor 1,
die Schwingungsspulen 7, 9 und die Hochspannungsspule 11. Die Hochspannungspolklemme
13 kann durch einen äußeren (oder inneren) Leiter 14 mit dem auf der Antriebswelle
16 sitzenden Verteilerläufer 15 verbunden sein, der bei Viertaktmaschinen mit der
halben Drehzahl der Kurbelwelle umläuft. Die Elektrode des Verteilerläufers 15 gleitet
in der üblichen Weise über die feststehenden Verteilerelektroden 17, von denen die
Leitungen 18 zu den Zündkerzen abgehen. Auf der Welle 16 sitzt eine Metallscheibe
19, die mit vier sektorartigen und ein Malteserkreuz bildenden Aussparungen
20 versehen ist. Beim jedesmaligen Durchgehen einer dieser Aussparungen 20
zwischen den Spulen 7 und 11 ist letztere mit den Schwingungsspulen gekoppelt und
erzeugt Hochspannungsschwingungen. Wenn jedoch ein voller Teil der Scheibe 19 zwischen
den genannten Spulen durchgeht, wird die Kopplung unterbrochen und es entsteht keine
Schwingung in der Spule 11. Läuft also die Scheibe 19 mit der halben Drehzahl der
Kraftmaschine um, so erzeugt die Spule 11 Hochspannungsimpulse, deren Frequenz derjenigen
der Kopplungsunterbrechungen entspricht.
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Es ergibt sich aus den vorstehenden Erklärungen, daß die erzielte
Hochspannung von der Drehzahl der Kraftmaschine unabhängig ist und daß es bei gegebener
Drehzahl sehr leicht ist, die gewünschte Impulsdauer zu erzielen, da ja diese Impulsdauer
nur von der Breite der Aussparungen abhängig ist.
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Fig.3 zeigt das Schaltungsschema einer anderen Ausführungsart der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren bevorzugte Bauart in den Fig. 4 und 4 a dargestellt
ist. Hier ist für jeden Zylinder der Kraftmaschine ein getrennter Zündstromkreis
vorgesehen. Dadurch werden die Nachteile der auf den festen Verteilerelektroden
17 reibenden Umlaufelektrode des Verteilerläufers 15 beseitigt. Die bereits in Fig.
1 dargestellten Teile sind mit den gleichen Bezugszahlen belegt. Mit der Schwingungsspule
9 und dem Kondensator 10
sind vier Kopplungsspulen 9 a, 9 b, 9 c und
9 d in Reihe geschaltet, die jeweils mit den Hochspannungsspulen 11 a, 11
b, 11 c und 11 d gekoppelt sind. Diese Hochspannungsspulen sind jeweils an
die Polklemmen 13 a, 13 b, 13 c, 13 d durch Phasenschieber 12 a, 12 b, 12 c und
12d geschlossen. Die strichpunktierten Linien A, B, C und D deuten
wieder die Kopplungsunterbrechung zwischen den genannten Spulen an. Gemäß den Fig.
4 und 4 a sind die Spulen 9 a, 9 b, 9 c, 9 d einerseits und die Spulen
11 a, 11 b, 11 c, 11 d anderseits jeweils auf
beiden Seiten einer Metallscheibe 21 angeordnet, die auf der Welle 16 festsitzt.
Diese Metallscheibe 22 ist mit nur einer Aussparung 22 versehen. Wenn die `'Vene
16 und die Metallscheibe 21 sich mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle einer Viertaktmaschine
drehen, geht die Aussparung 22 nacheinanderfolgend zwischen den Spulenpaaren 9a-11a,
9b-llb, 9c-llc und 9d-11d hindurch, die um 90° gegeneinander versetzt sind. Nach
zwei Umdrehungen der Kurbelwelle oder einer Umdrehung der Welle 16 und der Scheibe
21 wurden also die vier Spulenpaare nacheinander gekoppelt. Jede der Spulen 11 erzeugt
dabei einen Schwingungszug mit hoher Spannung, dessen Dauer durch die Drehzahl der
Welle 16 und durch die Breite der Aussparung 22 bestimmt ist. An den Polklemmen
13 a, 13 b, 13 c, 13 d stehen dabei nacheinander folgende Hochspannungsimpulse
zur Verfügung, die mit einer Winkelversetzung von 90° in bezug auf die Welle 16
oder von 180° in bezug auf die Kurbelwelle entstehen. Es genügt, die Polklemmen
13 a, 13 b, 13 c, 13 d in der Zündfolge durch die Zündleitungen 18
mit den entsprechenden Zündkerzen zu verbinden. Für jede Hochspannungsspule ist
ein Phasenschieber 12a, 12 b, 12 c, 12 d vorgesehen, damit die erzeugten
Hochspannungsimpulse in Abhängigkeit von der Frequenz der Unterbrechungen, also
von der Drehzahl der Kraftmaschine verschoben werden können.
Fig.
5 zeigt eine andere Ausführungsart gemäß dem Schaltungsschema der Fig. 1. Bei dieser
Ausführungsart, die für niedere Schwingungsfrequenzen bevorzugt ist, sind wieder
die mit gleichen Bezugszahlen belegten Teile vorgesehen. Die Spulen 7 und 9 sind
miteinander und mit der Hochspannungsspule 11 durch einen Magnetkern 23 gekoppelt.
Der Magnetfluß wird dabei durch einen vierpoligen Anker 24 geschlossen, der auf
der Welle 16 festsitzt. Beim Umlaufen der Welle wird der Flußkreis 23 durch
den Anker 24 periodisch geöffnet und geschlossen. Es entstehen dadurch in der Spule
11 nacheinanderfolgende Hochspannungsimpulse, deren Frequenz von der Drehzahl der
Welle 16 abhängig ist.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist natürlich die Gestalt der Hochspannungsimpulse von der Frequenz der Unterbrechungen
abhängig. Die bei geringer Drehzahl ziemlich flachen Flanken richten sich bei hoher
Drehzahl auf. Um mit Genauigkeit die Spannungshöhe zu bestimmen, bei welcher die
Funken an den Zündkerzen überspringen, kann in den Hochspannungsstromkreis ein Scheitelabschneider
eingeschaltet werden, der nur den Teil des Impulses durchtreten läßt, der sich über
der Hochspannungsschwelle befindet.
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Ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, kann man natürlich die neue
Zündart bei einer Kraftmaschine mit beliebiger Zylinderzahl und abweichender Arbeitsweise
anwenden. Es genügt zu diesem Zweck, die Entkopplungsvorrichtung in entsprechender
Weise zu ändern.