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Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf Zündeinrichtungen für Brennkraftmaschinen und betrifft eine Zündeinrichtung
mit einer Ladeschaltung, bei der ein Speicherkondensator intermittierend aufgeladen
und über eine Vorfunkenstrecke zur gleichzeitigen Zündung parallel geschalteter
Zündkerzen über mindestens zwei induktiv getrennte Zündstromkreise, die je eine
Spule und einen Kondensator aufweisen, entladen wird. Die Erfindung ist insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich, bei Zündkerzen mit einer sogenannten Kriechwegentladung,
d. h. Gleitfunkenzündkerzen, anwendbar. Solche mit Kriechströmen arbeitende Zündkerzen
werden für verschiedene Zwecke verwendet, z. B. zum Zünden von Gasturbinentriebwerken
und von Brennkammern für die an den Spitzen von Hubschrauberflügeln vorgesehenen
Düsentriebwerke. Bei diesen Zündkerzen sind die Elektroden durch eine aus einem
Halbleitermaterial bestehende Fläche überbrückt. Um mit Hilfe derartiger Zündkerzen
Funken zu erzeugen, kann man an die Elektroden einen im folgenden als Hauptkondensator
bezeichneten geladenen Kondensator anschließen; hierbei dient eine anfängliche kleine
Entladung längs der Kriechwege an der Halbleiterfläche dazu, das Gas in der Umgebung
des Halbleiters zu ionisieren und so in dem Gas zwischen den Elektroden eine ionisierte
Bahn zu erzeugen, längs deren sich der Rest der Ladung des Hauptkondensators in
Form eines Funkens entlädt. Der Hauptkondensator der Einrichtung zum Erzeugen von
Funken wird gewöhnlich im wesentlichen kontinuierlich durch ein einfaches Gleichstromsystem
geladen, das zweckmäßigerweise über einen die Spannung erhöhenden Transformator
und einen Gleichrichter an eine Quelle für einen intermittierenden Strom oder einen
Wechselstrom angeschlossen ist, und gewöhnlich wird der Hauptkondensator dann mit
der Zündkerze verbunden, wenn er auf eine Spannung in der Größenordnung von 2 Kilovolt
aufgeladen worden ist; die Verbindung zwischen dem Hauptkondensator und der Zündkerze
wird durch eine mit dem Hauptkondensator in Reihe liegende Funkenstrecke hergestellt,
an der bei dieser Spannung ein Funke überschlägt.
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Da es sich nie vermeiden läßt, daß auch Zündkerzen der gleichen Serie
gewisse Toleranzen in ihren Zündeigenschaften aufweisen, ist es schwierig, bei einem
solchen Zündkreis mit mehreren gleichzeitig zu zündenden Zündkerzen eine wirkliche
gleichzeitige Zündung zu erreichen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß sich die
Ladung des Hauptkondensators im wesentlichen stets über diejenige Zündkerze entladen
wird, die am ersten anspricht, d. h. am frühesten einen für die Funkenerzeugung
ausreichenden lonisationsgrad erreicht hat.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist eine Funkenzündeinrichtung,
insbesondere für Strahltriebwerke und Gasturbinen, bekannt, bei der die jeweils
einen Kondensator, einen Gleichrichter zum Aufladen des Kondensators und eine Kontrollfunkenstrecke
aufweisenden Zündstromkreise für die gleichzeitig zu zündenden Zündkerzen über eine
Hilfseinrichtung miteinander gekoppelt sind, um eine im wesentlichen gleichzeitige
Entladung in allen Zündstromkreisen zu gewährleisten. Zum Koppeln der Zündstromkreise
dienen bei dieser bekannten Einrichtung z. B. miteinander gekoppelte induktive Widerstände
in den Stromkreisen, ein beiden Stromkreisen gemeinsamer, die Hauptfunkenstrecke
überbrückender Kondensator oder eine solche Anordnung der beiden Kontrollfunkenstrecken,
daß die Entladung der einen auch die Entladung der anderen Kontrollfunkenstrecke
anregt.
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Es hat sich gezeigt, daß die gegenseitige Kopplung der Zündstromkreise
verschiedene Nachteile mit sich bringt. So bereitet die Leitungsführung erhebliche
Schwierigkeiten, wenn die einzelnen Zündkerzen. an örtlich verschiedenen Stellen
der Turbine oder dergleichen Aggregat liegen. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei
Störung eines Zündstromkreises, z. B. infolge Kurzschluß, auch die anderen Zündstromkreise
in Mitleidenschaft gezogen werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zündeinrichtung der beschriebenen
Gattung zu schaffen, bei der die angegebenen
Nachteile und Gefahren
vermieden werden und eine gleichzeitige Zündung in sämtlichen Zündstromkreisen gewährleistet
ist.
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Zu diesem Zweck geht die Erfindung von einer Zündeinrichtung aus,
bei der mindestens zwei parallel geschaltete Zündstromkreise vorgesehen sind, die
induktiv voneinander getrennt, also entkoppelt sind. Das Neue bei einer solchen
Zündeinrichtung besteht gemäß der Erfindung darin, daß -jeder Zündstromkreis einen
getrennten, von den anderen parallel geschalteten Zündstromkreisen entkoppelten,
verlustarmen Schwingkreis bildet, ,der derart bemessen ist, daß die Verzögerung
der Entladezeit des Ladekondensators etwa der Zündverzögerung bzw. Ionisationszeit
der am langsamsten ansprechenden Zündkerze entspricht.
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Auf Grund der neuen Anordnung besteht weitgehende Freiheit in der
Verlegung der Leistungen für die verschiedenen Zündstromkreise, was bei weit auseinanderliegenden
Zündkerzen von erheblichem Vorteil ist. Vor allem wird aber die Arbeitsweise der
übrigen Zündstromkreise nicht beeinflußt, wenn einer der Kreise aus irgendeinem
Grunde fehlerhaft arbeiten sollte. Dies ist für das Arbeiten der Brennkraftmaschine
von großer Bedeutung. .
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Die Spule in jedem Zweig kann zweckmäßigerweise aus einer niederohmigen
Wicklung bestehen, die auf einen Kern aus verlustarmem Material von hoher Permeabilität
gewickelt ist. Vorteilhafterweise umfaßt jeder Zweig eine mit einem Kondensator
in Reihe geschaltete Spule und schließt man die Zündkreise jedes Zweiges jeweils
zwischen Kondensator und Spule an.
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Die induktiven Wicklungen in den verschiedenen Teilkreisen bzw. Zündstromkreisen
sind auf getrennte Kerne gewickelt, so daß diese Kreise voneinander induktiv unabhängig
sind.
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Da es bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zum
Erzeugen von Funken lediglich erforderlich ist, bei den bereits bekannten Bauarten
solcher Einrichtungen, die zur Verwendung in Verbindung mit einzelnen Kriechwegzündkerzen
bestimmt sind, zusätzliche Teile vorzusehen, kann man diese Teile zweckmäßig zu
einem Zwischen- oder Verbindungsstück zusammenfassen, das sich bei einer geeigneten
bekannten Bauart einer Funkenerzeugungseinrichtung verwenden läßt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig.1 zeigt eine Zündeinrichtung, bei der in jedem der zu einer Zündkerze
führenden Zweige eine mix der Zündkerze in Reihe geschaltete Induktivität und eine
mit der Zündkerze parallel geschaltete Kapazität vorgesehen ist; Fig. 2 veranschaulicht
eine Zündeinrichtung, bei der in jedem Zweig eine mit einer Kapazität parallel geschaltete
Induktivität vorhanden ist; Fig. 2 A zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig.
2, bei der eine zusätzliche Kapazität mit der Zündkerze parallel geschaltet ist;
Fig. 3 gibt eine Zündeinrichtung wieder, bei der die in jedem Zweig vorgesehene
Induktivität als Spartransformator ausgebildet und die Kapazität mit der Primärwicklung
dieses Spartransformators in Reihe geschaltet ist; Fig. 3 A zeigt eine Abwandlung
der Anordnung nach Fig. 3, bei der mit der Zündkerze eine zusätzliche Kapazität
parallel geschaltet ist; Fig. 4 veranschaulicht eine Zündeinrichtung, bei der mit
der Primärwicklung eines Spartransformators in jedem Zweig eine Kapazität parallel
geschaltet ist; Fig:4A veranschaulicht eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 4,
bei der eine zusätzliche Kapazität mit der Zündkerze parallel geschaltet und ein
Teil des Spartransformators sowie die Zündkerze durch eine zusätzliche Kapazität
überbrückt sind.
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Bei der Zündeinrichtung nach Fig.1 ist eine in der üblichen Weise
ausgebildete Ladeschaltung 10 vorgesehen, die eine Gleichstromquelle 11 umfaßt,
sowie einen Unterbrecher 12 und einen die Spannung erhöhenden Transformator 13,
dessen Primärwicklung 14 intermittierend mit der Gleichstromquelle 11 verbunden
wird, und zwar immer dann, wenn sich die Kontakte des Unterbrechers 12 schließen.
Die Sekundärwicklung 15 des Transformators ist über einen Gleichrichter 16 an den
Hauptspeicherkondensator 17 angeschlossen, welch letzterer über eine Funkenstrecke
18 mit der Ausgangsklemme 19 der Ladeschaltung in Verbindung steht.
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Die elektrischen Werte der Ladeschaltung können je nach den Erfordernissen
in weiten Grenzen variieren; bei einer Ausbildungsform stellt die Gleichstromquelle
11 eine Spannung von 24 Volt zur Verfügung, und der Transformator hat ein Übersetzungsverhältnis
von 13 bis 15: 1, wobei der tatsächlich beim Öffnen des Unterbrechers an
die Primärwicklung angelegte Spannungsstoß 200 bis 300 Volt beträgt. Die Kapazität
des Kondensators 17 beträgt 6 Mikrofarad, und die Funkenstrecke 18 ist so ausgebildet,
daß an ihr Funkenüberschläge bei einer Spannung von 2000 Volt auftreten.
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Die Ladeschaltung 10 arbeitet wie folgt: Jedesmal dann, wenn sich
der Unterbrecher 12 öffnet, gelangt ein Energieimpuls von dem Transformator 13 zu
dem Kondensator 17, der somit fortschreitend aufgeladen wird. Sobald die Ladung
des Kondensators die Überschlagspannung der Funkenstrecke 18 erreicht, tritt an
ihr ein Funkenüberschlag auf, so daß die Funkenstrecke leitend wird und die in dem
Kondensator 17 gespeicherte Energie über die Klemme 19 zu der außenliegenden Schaltung
20 abfließen kann.
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Diese außenliegende Schaltung umfaßt mehrere parallel geschaltete
Zweige, und an jedem Zweig ist eine Zündkerze 21 angeschlossen.
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Ferner umfaßt jeder Zweig eine induktive Wicklung 22, die mit der
Zündkerze in Reihe geschaltet ist, sowie einen mit der Zündkerze parallel geschalteten
Kondensator 23.
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Auch die elektrischen Werte der Schaltungselemente dieser Zweige bei
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie bei den noch zu beschreibenden
Ausführungsbeispielen können innerhalb weiter Grenzen variieren; bei einer Ausbildungsform
weist die induktive Wicklung 22 fünfzehn Windungen aus Kupferdraht mit einem Durchmesser
von 1,2 mm auf, die auf einen magnetischen Ferritkern mit einer Querschnittsfläche
von etwa 1,6 cm2 gewickelt ist. Der Kondensator 23 hat eine Kapazität von 0,05 Mikrofarad.
Die Charakteristik jedes schwingungsfähigen Systems, das durch die in jedem Zweig
mit dem Kondensator 23 in Reihe geschaltete induktive Wicklung 22 gebildet wird,
ist derart, daß das System als verlustarmer Sperrkreis wirkt, der die Übertragung
des Energieimpulses von dem Hauptkondensator 17 zu der Zündkerze 21 des betreffenden
Zweiges beim Auftreten eines Funkens an der Funkenstrecke 18 so lange verzögert,
bis sich sämtliche Zündkerzen der außenliegenden Schaltung
20 ionisiert
haben, woraufhin sich die Energie des Hauptkondensators 17 über die Zündkerzen entlädt
und an jeder Zündkerze einen Funken erzeugt. Es sei bemerkt, daß bei jedem Schwingungssystem,
das durch die in Reihe geschalteten Elemente gebildet wird, die an den beiden Elementen
22 und 23 liegende Spannung die angelegte Spannung erheblich überschreitet, so daß
die Ionisierungsspannung für jede Zündkerze erhöht wird.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist die gleiche Ladeschaltung 10 vorgesehen,
und in jedem Zweig der außenliegenden Schaltung ist eine induktive Wicklung 24 mit
einem Kondensator 25 parallel geschaltet. Dieses parallel geschaltete, schwingungsfähige
System ist unmittelbar an die Zündkerzenleitung des betreffenden Zweiges angeschlossen.
Gegebenenfalls kann man gemäß Fig.2A eine zusätzliche Kapazität vorsehen, indem
man zwischen dem schwingungsfähigen System und Erde einen Kondensator 26 anordnet.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 wird die Induktivität in jedem Zweig
der außenliegenden Schaltung durch einen Spartransformator 27 gebildet, dessen Sekundärwicklung
mit der Zündkerze 21 verbunden ist. Ein Kondensator 29 ist mit der Primärwicklung
28 in Reihe geschaltet. Bei der in Fig. 3 A gezeigten Abwandlung ist eine zusätzliche
Kapazität 30 parallel zu der Zündkerze 21 angeordnet.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausbildungsform, bei der die Induktivität
in Form eines Spartransformators 31 vorgesehen ist. In diesem Falle ist die Primärwicklung
32 mit einem Kondensator 33 parallel geschaltet.
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Bei der aus Fig. 4 A ersichtlichen Abwandlung ist die Zündkerze 21
durch einen zusätzlichen Kondensator 34 überbrückt, und ein weiterer zusätzlicher
Kondensator 35 liegt zwischen der Verbindungsstelle 36 der Primärwicklung 32 des
Spartransformators und des Kondensators 33 einerseits und Erde andererseits.
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Wenn abgeschirmte Zündkerzenleitungen verwendet werden, können diese
in manchen Fällen eine solche Eigenkapazität aufweisen, daß diese Zuleitungen selbst
den zusätzlichen Kondensatoren 26 (Fig. 2 A) oder 30 (Fig. 3 A) oder 34 (Fig. 4
A) gleichwertig sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird die an die Zündkerze 21
angelegte Spannung im allgemeinen nur ausreichen, um eine Zündkerze der Kriechstreckenbauart
zu zünden. Bei den anderen Ausführungsbeispielen dagegen, bei denen entweder in
jedem Zweig eine Induktivität und eine Kapazität in Reihe geschaltet sind (Fig.
1) bzw. bei denen,. wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, jeweils ein Spartransformator vorgesehen
ist, kann die an der Zündkerze verfügbare erhöhte Spannung ausreichen, um an einer
Zündkerze der Funkenstreckenbauart einen Funken überschlagen zu lassen. Bei sämtlichen
Ausführungsbeispielen wird zwischen den verschiedenen Zweigen ein solcher Ionisationsgrad
erreicht, daß eine Zündkerze kurzgeschlossen werden kann, ohne daß die Erzeugung
von Funken an den übrigen Zündkerzen unterbrochen wird.
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Ferner sind bei den beschriebenen Ausbildungsformen die induktiven
Wicklungen der verschiedenen Zweige auf getrennte Kerne gewickelt.
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Da man die außenliegenden Schaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtungen
zum Erzeugen von Funken, d. h. die außenliegende Schaltung 20 nach Fig.1 und die
entsprechenden außenliegenden Schaltungen gemäß den übrigen Figuren, in Verbindung
mit in bekannter Weise ausgebildeten Funkene.rzeugungseinrichtungen 10 verwenden
kann, die für einzelne Gleitfunkenzündkerzen konstruiert sind, kann man die Bestandteile
jeder dieser außenliegenden Schaltungen zweckmäßig in einem Zwischen- oder Verbindungsstück
zusammenfassen, das sich an eine vorhandene Funkenerzeugungseinrichtung geeigneter
Bauart, z. B. an eine Schaltung 10 nach Fig. 1, anschließen läßt.