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Die Erfindung bezieht sich auf eine verteilerlose elektrische Zündvorrichtung
für Brennkraftmaschinen mit mehreren Zündkreisen, die je eine Sekundärwicklung eines
Zündtransformators und wenigstens je eine Zündkerze aufweisen, ferner mit einer
elektronischen Einrichtung zum periodischen Induzieren einer Zündspannung in den
einzelnen Sekundärwicklungen.
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Die bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen verwendeten Zündsysteme benötigen
einen rotierenden Zündverteiler, der üblicherweise mit einem Nocken und einem Unterbrecher
versehen ist; bei Transistor-Zündsystemen wird dieser Verteiler auf einer Achse
zusammen mit einem Induktionsgeber von Steuerimpulsen angetrieben. Im Spalt zwischen
dem Verteilerläufer und der Verteilerscheibenelektrode kommt es bei den Hochspannungssystemen
zu einem Funkenüberschlag. Wenngleich dieser Spalt einen günstigen Einfluß auf die
Steilheit des Zündimpulses ausübt, so stellt er doch eine Quelle von elektromagnetischen
Wellen dar. Auf beiden Seiten dieser Funkenstrecke müssen deshalb Entstörwiderstände
eingeschaltet sein.
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Bei den Niederspannungssystemen wird für die Übertragung der Zündenergie
ein am Ende des Verteilerläufers angebrachter und am Umfang der Verteilerscheibe
rotierender Reibkontakt verwendet. An der Verteilerscheibe befinden sich feststehende
Kontakte mit Zündkabelanschlüssen, so daß die Zündenergie erst beim Schließen der
beiden zur Übertragung gelangen kann. Der Reibkontakt wird durch eine hohe Umfangsgeschwindigkeit
beansprucht und weist infolgedessen eine kurze Lebensdauer auf; er verhindert eine
Drehzahlsteigerung der Motoren und somit auch eine Leistungssteigerung.
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Eine weitere Möglichkeit der Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen
besteht in der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses. Höheres Verdichtungsverhältnis
erfordert eine höhere Spannung zur Erzeugung des Zündfunkens. Die Kontakte am Umfang
der Verteilerscheibe müssen deshalb in größeren Abständen voneinander liegen, um
ein überschlagen des Zündfunkens auf einen falschen Zylinder durch »Streckung« des
Zündfunkens durch den rotierenden Läufer zu vermeiden. Die ganze Anlage wird dadurch
übermäßig groß, wobei auch die Durchschlagfestigkeit der Verteilerscheibe hoch beansprucht
wird, die zusammen mit dem ganzen Verteilersystem unmittelbar an der Brennkraftmaschine
angebracht ist und einer erheblichen Verunreinigung und hohen Temperaturen unterliegt.
Zu einem Stör- und Verschleißherd wird auch die mittlere Kohleelektrode, die zur
Übertragung der Zündenergie auf den rotierenden Läufer dient.
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Die Abschirmung des ganzen Verteilers gegen Ausstrahlung elektromagnetischer
Störwellen erhöht ferner das Gewicht der Zündanlage und wird, insbesondere mit Rücksicht
auf die Ausnutzung des kürzeren Bereichs des Wellenspektrums für Funkverkehr- und
andere Zwecke, allmählich problematisch. Besonders bei Spezial-Rundfunkwagen muß
dieses Problem sorgfältig gelöst werden. Die Verwendung einer entstörten Zündanlage
hat im übrigen eine Herabsetzung des Wirkungsgrades des Zündfunkens zur Folge.
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Der Verschleiß der Unterbrecherkontakte ist bei den einfachen Transistor-Zündsystemen
auf ein Minimum herabgemindert und bei den komplizierteren Transistor-Zündsystemen
durch die kontaktlose Steuerung der Zündimpulse völlig beseitigt. Diese kontaktlosen
Steuervorrichtungen nutzen die elektrische Spannungsinduktion von rotierenden Magneten
verschiedener Gruppierung aus. Die induzierte Spannung wird in den weiteren Stromkreisen
in geeigneter Weise umgeformt, um eine ein genaues Steuern der Zündimpulse gewährleistende
Form und einen für die richtige Steuerung des Vorzündungszeitpunktes nötigen Verlauf
zu erreichen. Wenn also ein Kontaktnockenunterbrecher mit einer der Zylinderzahl
entsprechenden Zahl von Nockenhöckern vorhanden ist, wird dadurch zugleich eine
gewisse Grenze der Motordrehzahlsteigerung bestimmt. Bei den kontaktlosen, die Spannungsinduktion
in einer Spule bei Änderung des Magnetfeldes ausnutzenden Systemen fällt dieser
Nachteil weg; jedoch ist bei einer niedrigen Drehzahl die induzierte Spannung gering,
während sie bei einer hohen Drehzahl sehr groß ist, was weitere Schwierigkeiten
mit sich bringt. Außerdem ist dieser Generator in der Herstellung aufwendig. Es
kann also allgemein gesagt werden, daß die bisherigen Transistorsysteme, sofern
sie die mit magnetoelektrischen Steuervorrichtungen gekuppelten Rotationsverteiler
benutzen, zwar eine Verbesserung von Parametern des Zündsystems bringen; bis auf
seltene Ausnahmen, wo sie doppelte klassische Systeme ersetzen, liegt der Mehrpreis
jedoch erheblich über dem erreichten technischen Effekt.
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Bei einer bekannten elektrischen Zündvorrichtung der eingangs genannten
Art sind ein einziger Transistor und eine einzige Primärspule vorgesehen. Die Kopplung
zwischen dieser Primärspule und den Sekundärspulen wird periodisch durch eine mit
einer Öffnung versehene Scheibe hergestellt und unterbrochen. Bei dieser bekannten
Ausführung wird im Primärkreis eine ständige Schwingung erzeugt, die nur bei Herstellung
der genannten Kopplung auf die betreffende Sekundärwicklung übertragen wird.
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Eine derartige Ausführung hat unter anderem zwei Nachteile: Die Zeitdauer
und Stärke des an der Zündkerze entwickelten Funkens hängt stark vom Maß der Dämpfung
des Primärschwingkreises durch den Sekundärkreis ab, und bei zunehmender Verkohlung
der Zündkerze sinken infolgedessen die Zeitdauer und die Leistung des Zündfunkens
relativ stark ab. Außerdem ist zur Herstellung und Unterbrechung der Kopplung zwischen
der einzigen Primärwicklung und den verschiedenen Sekundärwicklungen ein Scheibenelement
erforderlich, das mit halber Motordrehzahl laufen muß.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Zündvorrichtung
der eingangs erläuterten Art dahin weiterzuentwickeln, daß einerseits auch bei schlechtem
Zustand der Zündkerzen ein leistungsfähiger Zündfunke gewährleistet ist und andererseits
auf der Hochspannungsseite keine bewegten Teile erforderlich sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens
zwei Zündtransformatoren vorgesehen sind, die mit ihren Primärwicklungen im Arbeitskreis
je eines elektronischen Schalters liegen, daß ferner die an die Sekundärwicklung
eines der beiden Zündtransformatoren angeschlossenen Zündkerzen zu Zylindern gehören,
zwischen denen in der Zündreihenfolge ein weiterer Zylinder liegt, dessen Zündkerze
an die Sekundärwicklung des anderen Zündtransformators angeschlossen ist, und daß
weiterhin
die Steuerkreise der beiden elektronischen Schalter derart miteinander verbunden
sind, daß in Abhängigkeit von den Drehbewegungen der Brennkraftmaschinenwelle jeweils
der eine elektronische Schalter leitend und der andere gesperrt ist.
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Die Erfindung behebt so die erwähnten Mängel, vereinfacht das ganze
Zündsystem und gewährleistet eine ausreichende Reserve der Zündfunkenkraft auch
für die höchstbeanspruchten Motoren durch Anwendung einer neuen Schaltung der Funkenenergiequelle,
wodurch sich zugleich ein Funkenverteiler bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen erübrigt.
Dadurch wird die ganze Vorrichtung weniger statisch, und die Verwendung einer neuen
Vorrichtung zum Steuern der Funken beseitigt die Abhängigkeit der induzierten Spannung
von der Drehzahl. Die Vorrichtung ist kontaktlos und kann unmittelbar auf die Kurbelwelle
aufgesetzt werden, so daß auch die auf das Spiel im Getriebe zurückzuführenden Fehler
in der Vorzündung vermieden werden. Die einfache Steuerung der Vorzündung arbeitet
ohne elektrische Kontakte, die bei den bisher vorgeschlagenen Systemen mit Gleitwiderständen
meist eine Quelle von Ungenauigkeiten und Störungen bilden.
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Jeder der Arbeitskreise leitet Strom während einer Hälfte des durch
eine Umdrehung der Kurbelwelle gegebenen Zeitabschnitts; während der anderen Hälfte
ist er nichtleitend. Im Augenblick des Wechsels der Leitfähigkeit kommt es zur Induktion
der Sekundärspannung, so daß die Verteilung der Funken regelmäßig ist und auf einen
Rotationsverteiler verzichtet werden kann. Vorzugsweise wird der Anfang der Sekundärwicklung
mit einer Zündkerze und das Ende mit der Zündkerze in einem anderen Zylinder verbunden,
so daß beispielsweise bei einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine in einem bestimmten
Augenblick zwei Funken überspringen, und zwar einer in dem Zylinder, der gerade
Arbeit leistet, und der andere in einem Zylinder, in dem es zu keiner Zündung des
Gemisches kommen kann. Diese andere Zündkerze bildet gleichzeitig eine zusätzliche
Funkenstrecke, die die Steilheit der induzierten Spannung für die Zündkerze des
Arbeitszylinders wirksam steigert. Sind mehr als vier Zylinder vorhanden, so müssen
weitere Wicklungen in den Stromkreisen vorgesehen sein, an die die Zündkerzen der
weiteren Zylinder in bestimmter Weise angeschlossen sind. Das Wechseln der Leitfähigkeit
der Stromkreise kann durch Zuführung des Steuerstromes zu einem der Kreise über
die leicht belasteten Kontakte eines normalen Unterbrechers oder besser kontaktlos
unter Ausnutzung sämtlicher Vorteile dieser Schaltungsanordnung erfolgen. Hierbei
findet ein zusätzlicher Oszillator Verwendung, der intermittierend arbeitet, indem
er während eines bestimmten Zeitabschnitts des Maschinenkreislaufs schwingt; seine
Wechselspannung wird gleichgerichtet und speist die Steuerelektrode des zugehörigen
Schaltkreises. Entstehung und Beendigung der Schwingungen erreicht man durch Änderung
von Parametern des Schwingkreises mittels einer durch die Nockenwelle oder Kurbelwelle
angetriebenen Scheibe. Die Schaltkreiswicklung bildet also einen Fühler, dessen
Lage sich gegenüber der Scheibe und folglich auch gegenüber der Kolbenlage im Zylinder
in Abhängigkeit von der durch die Stellung der Membran und dem in der Vergaseransaugleitung
herrschenden Unterdruck gegebenen Belastung der Brennkraftmaschine ändert. Es wird
somit auf einfache Art und Weise auch den an eine Vorzündungssteuerung gestellten
Forderungen entsprochen, indem mit Hilfe einer Feder und Zugstange von der Membran
her eine geeignete Kennung erreicht werden kann. Die von der augenblicklichen Motordrehzahl
abhängige Vorzündungsregelung erfolgt durch bloßes Verdrehen der Scheibe durch Fliehkraft
gegenüber ihrer Ausgangsstellung, bezogen auf den Kolben. Durch Anbringung der Scheibe
unmittelbar an die Kurbelwelle verringert sich auch der Winkelfehler der Vorzündung,
der dem Spiel zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle, gegebenenfalls auch
weiteren übertragungsgliedern zuzuschreiben ist, auf ein Minimum.
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Mit Rücksicht darauf, daß der Wechsel der Parameter praktisch augenblicklich
erfolgt, bleibt die Funkenlänge konstant und zeitlich von der geringsten Motordrehzahl
an genau definiert. Der Energieinhalt des Funkens kann durch die Stromgröße in der
Transformatorprimärwicklung derart gesteuert werden, daß er wirksam bis zu der erforderlichen
Drehzahl zündet, da der Primärstromkreis nirgends über einen Kontakt geschlossen
wird.
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Da die Zündenergie bei einer Hochspannungszündung direkt oder, bei
Gleitfunkenzündungen über zusätzliche Funkenstrecken, jedoch ohne Verteilung der
Funken über den Läufer an die Zündkerzen geleitet wird, fallen die erwähnten Mängel
weg; die ganze Vorrichtung weist eine größere Sicherheit auf und ist in der Herstellung
einfacher.
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In der Zeichnung zeigt F i g. 1 ein Prinzip-Schaltbild des verteilerlosen
Zündsystems für eine Vierzylinder - Brennkraftmaschine mit durch Unterbrecherkontakte
betätigter Steuerung, F i g. 2 dieselbe Zündvorrichtung mit kontaktloser Funkensteuerung,
F i g. 3 ein Schaltbild des verteilerlosen Zündsystems für eine Achtzylinder-Brennkraftmaschine
mit kontaktloser Funkensteuerung, F i g. 4 Anordnung der Zylinder der Achtzylinder-Brennkraftmaschine,
F i g. 5 ein Diagramm der Arbeitsvorgänge der Achtzylinder-Brennkraftmaschine einschließlich
der Ventilsteuerung.
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F i g. 6 ein Schaltbild des verteilerlosen Zündsystems für eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine.
In dem in F i g. 1 gezeigten Schaltbild bilden Transistoren 10,11 zusammen
mit in deren Kollektorkreisen eingeschalteten Transformatoren 12, 13 zwei Schaltkreise
(Arbeitskreise). Die Basis des Transistors 10 ist hierbei über einen Widerstand
14 an den Kollektor des Transistors 11 und die Basis des Transistors 11 über einen
Widerstand 15 und einen Unterbrecher 16 an den Minuspol der Spannungsquelle angeschlossen.
Die Emitter der beiden Transistoren 10 und 11 sind miteinander verbunden und über
einen Polarisationswiderstand 17 an den Pluspol der Spannungsquelle angeschlossen.
Ist der Unterbrecher 16 geschlossen, so ist der Transistor 11 leitend, und der Strom
kann über diesen Transistor, die Primärwicklung 18 des Transformators 13 und den
Begrenzungswiderstand 19 fließen. Hierbei erzeugt der Strom in der Primärwicklung
18 ein magnetisches Feld. Der Transistor 10 ist gesperrt, da die Spannung
zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 11, mit dem die Basis des
Transistors 10 über
einen Widerstand 14 verbunden ist, einen
sehr geringen Wert aufweist.
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Beim Öffnen des Unterbrechers 16 sperrt der Transistor 11,
und der Strom in der Primärwicklung 18 wird unterbrochen. Das Magnetfeld bricht
rasch zusammen, wodurch in der Sekundärwicklung 20 eine Spannung induziert wird.
Zu gleicher Zeit wird jedoch der Transistor 10 leitend, da am Kollektor des Transistors
11, mit welchem die Basis des Transistors 10 über den Widerstand 14 in Verbindung
steht, bereits eine ausreichende Spannung herrscht. Durch den vom Widerstand 21
bestimmten Strom entsteht in der Primärwicklung 22 ein Magnetfeld.
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Nach dem erneuten Schließen des Unterbrechers 16 sperrt wieder ein
Transistor 10, der Strom in der Primärwicklung wird unterbrochen, und das sich ändernde
Magnetfeld induziert in der Sekundärwicklung 23 eine Spannung.
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Der Widerstand 24 bestimmt zusammen mit dem Widerstand 17 eine geeignete
Größe der positiven Polarisationsspannung, die über Widerstände 25 und 26 der Basis
der beiden Transistoren zugeführt wird. Die Kondensatoren 27 und 28 regeln die Spannungsverhältnisse
an der Basis der Transistoren beim Wechsel der Leitfähigkeit.
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Die nachstehende Tafel veranschaulicht die Zustände während eines
Arbeitsspieles einer Vierzylinder-Viertaktbrennkraftmaschine mit der Zündfolge 1-3-4-2.
Hierbei werden die Zündkerzen der Zylinder Vl und V4 mit dem einen Schaltkreis und
die Zündkerzen der Zylinder V" und V, mit dem anderen Schaltkreis verbunden.
| Motorzylinder |
| vl v2 v3 I v4 |
| Umdrehung der Kurbelwelle I Kolbenhub I Expansion Auslaß Verdichten
Ansaugen |
| g Kolbenhub II Auslaß Ansaugen Expansion Verdichten |
| I |
| Umdrehung der Kurbelwelle II Kolbenhub III Ansaugen i Verdichten
Auslaß Expansion |
| Kolbenhub IV Verdichten i Expansion 1 Ansaugen Auslaß |
Bei anderen Zündfolgen, beispielsweise 1-4-3-2 oder 1-2-3-4, würden die Zündkerzen
der Zylinder V1 und V3 mit dem einen Schaltkreis und die Zündkerzen der Zylinder
V2 und V4 mit dem anderen Schaltkreis verbunden. Für die Zündfolge 1-2-4-3 wäre
die Verbindung dieselbe, wie bereits für das erste Beispiel angeführt.
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Es sei angenommen, daß es im gegebenen Fall soeben zum Öffnen der
Kontakte des Unterbrechers 16 kam, wie auch in F i g. 1 dargestellt ist. An den
Zündkerzen der Zylinder V1 und V4 erfolgten also Funkenüberschläge. Mit Rücksicht
darauf, daß die Gemischzündung immer um einige Grade vor die obere Totpunktlage
vorverlegt ist, schlägt der Funke im vierten Zylinder im Raum mit verbranntem Gemisch
über, nachdem der Beginn des öffnens des Ansaugventils ungefähr 13° vor der oberen
Totpunktlage liegt. Hier ist deshalb nichts zu zünden. Im Zylinder V1 kommt es zu
einer normalen Zündung und Expansion. Nach Drehung der Nockenwelle um 90° schließen
wieder die Kontakte des Unterbrechers 16, und der Funke schlägt nunmehr an den Zündkerzen
der Zylinder V, und V3 über, wo gleiche Zustände herrschen, wie oben beschrieben.
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Mit Rücksicht darauf, daß die vorgeschlagene Schaltungsanordnung in
dem einen und in dem anderen Schaltkreis abwechselnd einen Funken stets bei jedem
Schließen und Öffnen der Kontakte liefert, ist bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine
lediglich ein von der Nockenwelle angetriebener Zweihöckerunterbrechernocken oder
ein mit der Kurbelwelle verbundener Einhöckernocken notwendig. Hierdurch sind auch
bessere Voraussetzungen für die Ausgestaltung des Nockens gegeben, so daß die Schwingungsgrenze
des Verteilerläufers verschoben wird und die Drehzahl und die Motorenleistung gesteigert
werden können. Da über die Kontakte lediglich der Steuerstrom fließt, während der
Hauptstrom durch einen geeigneten Transistor fließt, können die Verhältnisse so
eingestellt werden, daß weder die Speisung des Transformators noch die Sekundärspannung
bis zu den Höchstdrehzahlen des Motors absinken. Regelmäßige Funkenüberschlagszeitpunkte
werden sodann durch Schließen und Öffnen der Kontakte nach jeweils 90° gegeben,
falls der Unterbrecher von der Nockenwelle angetrieben wird, oder durch Schließen
und Öffnen nach jeweils 180° im Fall der Verbindung mit der Kurbelwelle definiert.
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Für die Schaltung nach F i g. 2 gilt grundsätzlich das bereits Ausgeführte;
ein Unterschied besteht lediglich in dem Steuermechanismus und in der Schaltung
der kontaktlosen Funkensteuerung. Aus den obigen Darlegungen geht hervor, daß es
genügt, der Basis eines Transistors, hier mit 11 bezeichnet, einen Strom geeigneter
Größe zuzuführen. Gemäß F i g. 2 erfolgt dies durch eine Zusatzspannung, die durch
Gleichrichtung der Wechselschwingungen eines im wesentlichen durch den Transistor
29 und den Transformator 30 gebildeten Generators erzeugt ist. Die Primärwicklung
31 des Transformators 30 liegt im Kollektorkreis des Transistors 29; die Sekundärwicklung
32 dient als Rückkopplung im Basiskreis. Die Schwingungszahl ist durch die Induktivität
der Primärwicklung 31 und die Kapazität des Kondensators 33 gegeben. Der Widerstand
34 dient zur Einstellung der Basisvorspannung; der Kondensator 35 trennt die Gleichstromvorspannung
vom Rückkopplungszweig ab. Die Wechselschwingungen werden durch den Gleichrichter
36 gleichgerichtet; die entstandene negative Spannung erzeugt im Stromkreis einen
Strom, der den eigentlichen Zündimpulsgeber 37 steuert.
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Solange also der Generator schwingt, läßt der Gleichrichter 36 Strom
durch. Im Augenblick, wo der Generator zu schwingen aufhört, besitzt der Gleichrichter
eine solche Polarität, daß kein Strom vom Pluspol der Spannungsquelle fließen kann.
Die Steuerung der Schwingungen erfolgt mit Hilfe einer geteilten Scheibe 38, durch
die die Parameter des Schwingungskreises geändert werden. Auf der Scheibe sind metallische
und nichtmetallische Segmente abwechselnd angeordnet. Ist die Scheibe mit der Nockenwelle
verbunden, so wechseln die Segmente
nach 90°; im Fall der Verbindung
mit der Kurbelwelle nimmt jedes der Segmente 180° ein.
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Die Grundvorzündung ist durch die Lage des Transformators 30 gegenüber
der Scheibe 38 und dem oberen Totpunkt des Kolbens gegeben. Die Steuerung der Vorzündung
entsprechend der Motorbelastung erfolgt durch Änderung dieser Lage mit Hilfe der
schematisch veranschaulichten Zugstange 39, die mit der durch den Unterdruck
in der Ansaugleitung betätigten Membran in Verbindung steht; die drehzahlabhängige
Steuerung der Vorzündung erfolgt, wie bereits beschrieben, durch ein nachträgliches
Verdrehen der Scheibe 38 gegenüber ihrer Anfangsstellung.
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In F i g. 3 ist ein unterbrecherloses Zündsystem für einen Achtzylindermotor
mit einer gleichfalls kontaktlosen Funkensteuerung dargestellt. Die richtige Funktion
des Systems ist durch die richtige Verbindung der Sekundäranschlüsse mit den Zündkerzen
der einzelnen Zylinder bedingt. Von allen möglichen Zündfolge-Kombinationen ist
bloß eine die richtige.
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F i g. 4 veranschaulicht die Anordnung der Zylinder einer Achtzylinder-Brennkraftmaschine
mit der Zündfolge 1-3-6-2-7-8-4-5 (bei Versetzung der vier Kurbeln um je 90° und
Zylinderanordnung in 90°-V-Form).
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Aus der nachstehenden Tafel sind die Verhältnisse in den Zylindern
während einer vollen Umdrehung ersichtlich. F i g. 5 ergänzt diese Tafel in weiteren
Einzelheiten.
| Motorzylinder |
| Y |
| V V2 V3 I 5 v 8 V7 V8 |
| I I I I I I |
| Kolbenhub I Expansion S K V E K S V |
| K E V I S |
| Umdrehung der Kurbelwelle I Kolbenhub 1I Auslaß S E K |
| E V@ @S@ 1K |
| Kolbenhub III Ansaugen K V E |
| V S K I I E |
| Umdrehung der Kurbelwelle II |
| Kolbenhub IV Verdichten S |
| K E |
| S |
| Darin bedeutet: E = Expansion, V = Auslaß, S = Ansaugen, K
= Verdichten. |
Bei dieser Zündfolge sind in einem Schaltkreis Zündkerzen der Zylinder Vi-V7 und
V4 -V. verbunden, in dem anderen sodann V3-V8 und V2 V5, wie auch in F i g. 3 dargestellt
ist.
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Für eine andere Anordnung und die Zündfolge 1-6-2-5-8-3-7-4 wäre die
Verbindung der Zündkerzen wie folgt: I: V,-V. und V2 V,,; II: V3 V6 und V4-V5-Bei
der Kombination 1-2-7-3-6-8-4-5 müssen folgende Verbindungen hergestellt werden:
I: V,-V6 und V4-V7; 1I: V2 V$ und V3 V5.
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Wie aus der Tafel ersichtlich ist, schlägt der Funke im gegebenen
Augenblick an den Kerzen der Zylinder V1 und V; über. Die Zündung des Gemisches
erfolgt stets einige Winkelgrade vor der oberen Kolbentotpunktlage. Im Zylinder
V1 geschieht dies also in dem Augenblick, in dem die optimale Motorleistung gewährleistet
wird (etwa 8° min. vor oberer Totpunktlage). In demselben Augenblick beginnt im
Zylinder V7 das Ansaugen, da das Ansaugventil etwa 15° vor der oberen Totpunktlage
öffnet, wobei das Auslaßventil auch offen ist, nachdem dasselbe etwa 20° nach der
oberen Totpunktlage schließt. Der Funke kommt hier also nicht zur Wirkung, da hier
kein zündfähiges Gemisch vorliegt. Zu gleicher Zeit schlägt jedoch der Funke auch
an den Zündkerzen der Zylinder V4 und V6 über. Zu dieser Zeit geht im Zylinder V4
der Verdichtungsvorgang zu Ende, wobei das Auslaßventil bereits offensteht, da dasselbe
etwa 50° vor der unteren Totpunktlage öffnet. Der Funke schlägt also im Raum mit
verbranntem Gemisch über. Im Zylinder V6 geht in diesem Augenblick das Ansaugen
zu Ende. Mit Rücksicht darauf, daß das Ansaugventil erst 55° nach der unteren Totpunktlage
schließt, bleibt noch ein Viertel des Zeitabschnitts zur Füllung des Zylinders übrig,
bevor es zum wirksamen Verdichten kommt. Wie festgestellt, steht die Menge des angesaugten
Gemisches in keiner Proportion zur Drehung der Kurbelwelle. Ein weiterer günstiger
Umstand für die richtige Funktion des neuen Zündsystems besteht in der Tatsache,
daß es zum Zünden des Gemisches erst bei Drücken kommen kann, die eine gewisse Minimalgrenze
überschreiten. Mit steigender Funkenenergie sinkt hierbei diese Grenze ab. Aus diesem
Grund kommt der Funke auch im Zylinder V6 nicht zur Wirkung.
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Gleiche Verhältnisse herrschen auch im nachfolgenden Zeitabschnitt,
d. h. während des Arbeitskreisprozesses im Zylinder V3, wobei die Funken auch in
den Zylindern V8, V5 und V2, bei Stromunterbrechung im anderen Kreis, überschlagen.
Wie der angeführten Tafel zu entnehmen ist, erfolgen die Funkenüberschläge mit gleicher
Regelmäßigkeit auch in den restlichen Arbeitslagen bis zum Schluß des Arbeitsspiels.
Dies ergibt sich auch aus dem die Ventilsteuerung darstellenden Diagramm in F i
g. 5.
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Das in F i g. 3 dargestellte verteilerlose Zündsystem für eine Achtzylinder-Brennkraftmaschine
mit kontaktloser Funkensteuerung entspricht grundsätzlich den bereits erläuterten
Ausführungen und unterscheidet sich lediglich durch weitere hinzugefügte Transformatoren
und eine andere Schaltung des die Spannung steuernden Generators. Statt dessen könnte
man auch den bereits an Hand von F i g. 2 beschriebenen Generator verwenden.
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Die Transistoren 40 und 41 bilden Grundbestandteile
von zwei Schaltkreisen. Bei dem ersten sind zwischen den Minuspol der Spannungsquelle
und den Kollektor des Transistors 40 zwei Transformatoren 42, 43 und
ein Begrenzungswiderstand 44
hintereinandergeschaltet. Die Emitter der beiden
Transistoren
40 und 41 sind miteinander verbunden und über einen Polarisationswiderstand 48 mit
dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden. Somit ist der Hauptstromkreis geschlossen.
Die Basis des Transistors 40 ist über den Widerstand 49 mit dem Kollektor
des Transistors 41 verbunden, und die Basis des Transistors 41 steht über
den Widerstand 50 mit der Zusatzspannungsquelle in Verbindung. Diese Zusatzspannung
wird durch Gleichrichtung der Wechselschwingungen des Generators durch den Gleichrichter
51 erzeugt; schwingt der Oszillator, so erhält die Basis des Transistors 41 Strom,
und dieser Schaltkreis ist leitend.
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Der durchfließende Strom erzeugt in den Primärwicklungen 52 und 53
ein Magnetfeld. Der Transistor 40 ist gesperrt, da die Spannung zwischen dem Emitter
und Kollektor des Transistors 41, mit welchen seine Basis über den Widerstand 49
in Verbindung steht, einen geringen Wert hat. Hört der Oszillator auf zu schwingen,
bricht die Spannung an der Basis des Transistors 41 zusammen, der daher sperrt.
Dadurch kommt es auch in den Wicklungen 52 und 53 zu einer Stromunterbrechung. Das
magnetische Feld bricht zusammen, wodurch in den Sekundärwicklungen 54 und 55 eine
Spannung induziert wird. In demselben Augenblick wird der Transistor 40
leitend,
da seine Basis über den Widerstand 49 mit dem Kollektor des Transistors 41 verbunden
ist, wo bereits eine ausreichende Spannung herrscht.
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Durch den Stromfluß über den leitenden Transistor wird in den Primärwicklungen
56 und 57 ein Magnetfeld erzeugt. Beim Wiedereinsetzen von Schwingungen sperrt,
wie bereits beschrieben, der Transistor 40 wieder, der Strom in den Primärwicklungen
56 und 57 wird unterbrochen, und es kommt daher zu einer Spannungsinduktion in den
Sekundärwicklungen 58, 59.
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Der Widerstand 60 erzeugt zusammen mit dem Widerstand 48 eine
positive Polarisationsspannung, die über Widerstände 61, 62 der Basis der einzelnen
Transistoren zugeführt wird. Dadurch wird sowohl die Größe des Sperrstroms des gesperrten
Transistors als auch die übergangsgeschwindigkeit in den nichtleitenden Zustand
gesteuert. Die Kondensatoren 63 und 64 regeln die Spannungsverhältnisse an der Basis
der beiden Transistoren beim Wechsel der Leitfähigkeit.
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Die Steuerung des Transistors 41 ist von der Funktion des Hilfsgenerators
abgeleitet, der grundsätzlich durch den Transistor 65 und einen aus dem Kondensator
66 und der Spule 67 in Parallelschaltung bestehenden, zwischen den Pluspol der Spannungsquelle
und den Kollektor des Transistors 65 geschalteten Schwingungskreis gebildet wird.
Die Werte der Elemente 66 und 67 werden gemäß der Schwingungszahl gewählt, mit welcher
der Oszillator arbeiten soll. Die Rückkopplung wird dem Emitter des Transistors
65 aus einem aus den Kondensatoren 68 und 69 bestehenden kapazitiven Stromteiler
zugeführt, der zwischen den Kollektor und den Minuspol der Spannungsquelle geschaltet
ist. Die Vorspannung der Basis wird dem Widerstandsteiler 70, 71 entnommen, dessen
Mitte mit der Basis verbunden ist. Die Kondensatoren 72 und 73 ermöglichen den Wechselstromdurchfluß.
Die Stabilisierung des Arbeitspunktes des Transistors 65 wird durch einen zwischen
den Emitter und den Minuspol der Spannungsquelle geschalteten Widerstand 74 bewirkt.
Die durch die Schwingungen des Schwingungskreises 67, 66 erzeugte Wechselspannung
wird durch den Gleichrichter 51 gleichgerichtet und steuert die Basis des Transistors
41. Je nach den verwendeten Transistoren ist es in einzelnen Fällen vorteilhafter,
den Gleichrichter 51 mit einer Abzweigung der Spule 67 zu verbinden.
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Durch den Wechsel von Parametern des Schwingungskreises 66 und 67
bei der Rotation der mit leitenden und nichtleitenden Segmenten versehenen Scheibe
75 in der Nähe der Spule 67 kommt es, wie bereits beschrieben, zu einer Unterbrechung
der Schwingungen und einem Wechsel der Leitfähigkeit des Transistors 41.
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Regelmäßige Funkenüberschläge erfolgen stets nach Drehung der Scheibe
um 45°, wenn die Segmente bei Kupplung mit der Nockenwelle nach 45° abwechseln.
Wird die Scheibe direkt von der Kurbelwelle angetrieben, so nehmen die Segmente
einen Winkel von 90° ein.
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Die Steuerung der Vorzündung ist dieselbe wie bei F i g. 2 beschrieben.
Die Anfangsvorzündung ist durch die Stellung der Spule 67 gegenüber der Scheibe
75 und der oberen Kolbentotpunktlage gegeben. Die Steuerung der Vorzündung entsprechend
der Motorbelastung erfolgt durch Wechsel der Lage der Spule 67 mit Hilfe der schematisch
gezeigten Zugstange 76, die mit der durch den Unterdruck in der Ansaugleitung betätigten
Membran in Verbindung steht. Die Steuerung der Vorzündung in Abhängigkeit von der
augenblicklichen Motordrehzahl geschieht durch nachträgliches Verdrehen der Scheibe
75 gegenüber ihrer Anfangsstellung durch einen Fliehkraftregler.
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Auch eine Achtzylinder-Brennkraftmaschine mit diesem Zündsystem kann
mittels eines normalen Unterbrechers mit Fliehkraft- und Unterdruckverstellung gesteuert
werden. Aus dem bereits Ausgeführten geht hervor, daß ein Vierhöckernocken an Stelle
des bisherigen Achthöckernockens reicht. Dies ermöglicht die Verfolgung des Nockens
durch den Unterbrecherhebel. Es erübrigt sich auch sodann die Verwendung von zwei
Unterbrechern, wodurch das mühevolle Einstellen derselben entfällt und ein Laufen
des Motors mit nur einer Hälfte der Zylinder im Fall einer Einstellungsstörung an
einem der Unterbrecher ausgeschlossen ist.
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Vollständigkeitshalber wird noch die Funktion einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine
mit dem neuen Zündsystem an Hand der F i g. 6 beschrieben. Die Arbeitsweise dieses
Zündsystems unterscheidet sich praktisch nicht von der nach der Beschreibung zu
F i g. 3. Eine Abweichung besteht lediglich darin, daß ein Ende der Sekundärwicklung
an zwei Transformatoren direkt mit der Primärwicklung verbunden ist. Der Zusatzspannungsgenerator
77 ist derselbe wie in F i g. 2 und steuert eine eigene Zündimpulsquelle 78; seine
Arbeitsweise wurde an Hand von F i g. 3 erklärt. Die Steuerung der Schwingungen
des Generators 77 erfolgt mit Hilfe der geteilten Scheibe 79. An der Scheibe sind
gleichfalls abwechselnd metallische und nichtmetallische Segmente angeordnet. Da
die Scheibe mit der Nockenwelle gekuppelt ist, entspricht die Teilung 60°. Falls
ein Kontaktunterbrecher Verwendung findet, reicht ein Dreihöckernocken mit 50% Berührungswinkel.
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Die unten angeführte Tafel veranschaulicht die Zustände in den Zylindern
während des vollen Arbeitskreislaufs.
Die Ventilsteuerung ist nicht
angegeben; es läßt sich jedoch ein ähnliches Diagramm wie in F i g. 5 aufstellen.
Die Zündfolge 1-5-3-6-2-4 mit einer Kurbelanordnung nach je 120° ist in Betracht
gezogen. Bei dieser Zündfolge sind mit dem einen Schaltkreis die Zündkerzen der
Zylinder V1, V2, V3 und mit dem anderen die Zündkerzen der Zylinder V4, V5, V6 verbunden.
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Die gleiche Schaltung käme auch für die Zündfolgen 1-4-2-6-3-5 oder
1-4-2-5-3-6 in Frage.
| Motorzylinder |
| V, VE V3 V4 V5 V8 00 |
| E S 600 |
| Kolbenhub I Ansaugen K |
| E 1200 |
| Kurbelwellenumdrehung I V K V |
| Kolbenhub II Verdichten E S V 180' |
| - V S E K 3600 |
| Kolbenhub III Expansion S |
| Kurbelwellenumdrehung II - S K V E 5400 |
| Kolbenhub IV Auslaß E S K |
| K I V 7200 |
| Darin bedeutet: E = Expansion, V - Auslaß, S = Ansaugen,
K - Verdichten. |
Wie aus der Tafel ersichtlich ist, schlägt der Funke im gegebenen Augenblick an
den Zündkerzen der Zylinder V1, V2, V3 über. Im Zylinder V1 geschieht dies einige
Grade vor der oberen Totpunktlage. In demselben Augenblick ist im Zylinder V2 der
Auslaßbeginn, da das Auslaßventil annähernd 42' vor der unteren Totpunktlage öffnet.
Der Funke schlägt also in einer aus verbranntem Gemisch bestehenden Umgebung über.
Zu gleicher Zeit schlägt auch der Funke an der Zündkerze des Zylinders V3 über,
wo zu dieser Zeit das Ansaugen stattfindet und bis zu seinem Ende nicht einmal die
Hälfte übrigbleibt, das ist annähernd 1041, falls annähernd 122° bereits verstrichen
sind. Hierbei wird angenommen, daß das Einlaßventil annähernd
10' vor der
oberen Totpunktlage öffnet und annähernd
361 nach der unteren Totpunktlage
schließt. Die Verhältnisse stellen sich hier also günstiger als bei der Achtzylinder-Brennkraftmaschine.
Bis zur wirksamen Verdichtung bleibt nicht einmal die ganze Hälfte des Zeitabschnitts
übrig, so daß hier verhältnismäßig wenig Gemisch zur Verfügung steht und die Hauptphase
der Füllung erst bevorsteht. Außerdem kann es auch in diesem Fall zum Zünden des
Gemisches erst bei Drücken kommen, die eine gewisse Minimalgrenze überschreiten.
Nicht einmal dann kommt der Funken jedoch zur Wirkung.
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Gleiche Verhältnisse herrschen auch in der nächstfolgenden Arbeitsphase,
d. h. im Augenblick der Expansion im Zylinder V5, wo der Funke auch in den Zylindern
V4 und V6 bei Unterbrechung des Stromes im anderen Kreis überschlägt. Wie an Hand
der Tafel festgestellt werden kann, erfolgen die Funkenüberschläge mit gleicher
Regelmäßigkeit auch in den übrigen Arbeitsstellungen bis zum Schluß des Arbeitsspiels.
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Die Zylinderzahl ändert also nichts am Prinzip des neuen Zündsystems.
Wenn Brennkraftmaschinen mit noch größerer Zylinderzahl in Betracht kämen, bei welchen
die ganze Zündvorrichtung einschließlich des Rotationsverteilers der Funken besonders
kompliziert ist, so hat dies bei einer der beschriebenen Schaltungen nur eine Erhöhung
der Transformatorenzahl zur Folge.
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Mit Rücksicht darauf, daß neue Brennkraftmaschinen mit geringerer
Zylinderzahl die gleiche Leistung abgeben, für die früher zwölf und mehr Zylinder
nötig waren, wird jedoch eine derartige Anwendung praktisch kaum in Betracht kommen.
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Die beschriebenen Zündvorrichtungen sind nicht auf den angeführten
Transistortyp beschränkt. Beim Wechsel der Klemmenpolarität an der Spannungsquelle
können Transistoren umgekehrten Typs zur Verwendung gelangen. Die Schaltungen mit
kontaktloser Steuerung ermöglichen nach diesem Vorschlag eine Erdung jeder Klemme
der Spannungsquelle ohne weitere Umgestaltungen oder Änderungen der Funktion. Die
angeführten Schaltungsanordnungen sind nicht nur auf Transistoren beschränkt, sondern
es können bei ihnen auch andere Halbleiterelemente oder Elektronenröhren benutzt
werden.