DE1439986B2 - Elektronische Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator zur Stromversorgung und zur Erzeugung von Steuerimpulsen, mit einem Ladekondensator, der sich über eine vom Magnetgenerator gesteuerte Diode (Thyristor) in die Primärwicklung eines Zündtransformators entlädt, wobei die gesteuerte Diode parallel zu der durch den Ladekondensator und die Primärwicklung des Zündtransformators gebildeten Serienschaltung liegt.

Es wurde bereits in der USA.-Patentschrift 980093 eine Zündvorrichtung vorgeschlagen, die mit zwei Dioden arbeitet und ebenso wie die Zündvorrichtung nach der französischen Patentschrifi 237 802 durch eine Batterie mit Gleichstrom gespeist wird, wobei insbesondere die Verwendung vor Gleichstrom den Nachteil hat, daß Umformaggregate benötigt werden und infolge des Vorhandensein; einer schweren, sperrigen, mit kurzer Lebensdauej ausgestatteten Akkumulatorbatterie, sowie deren La demittel mit den erforderlichen Regelgliedern eint komplizierte Installation der Zündvorrichtung gege ben ist.

Die Aufgabe der Erfindung zielt insbesonderi darauf ab, den Wirkungsgrad der Zündvorrichtun; zu verbessern, indem sie die Erzeugung einer Seri von Funken bei jeder Zündung sicherstellt, und au diese Art und Weise die Verbrennungsbedingunge: verbessert.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurcl daß bei einer solchen Zündvorrichtung zwischen de Ladewicklung des Magnetgenerators und dem Lade

kondensator eine Diode geschaltet ist, welche die positive Halbwelle des vom Magnetgenerator gelieferten Stroms dem Ladekondensator direkt zuführt, und daß weiterhin parallel zur Ladewicklung des Magnetgenerators eine Diode so geschaltet ist, daß sie die positive Halbwelle des vom Magnetgenerator gelieferten Stromes sperrt, die negative Halbwelle hingegen durchläßt.

Die Regelung der Spannung des Ladestroms ist durch die Kombination eines Ladewiderstands und des Ladekondensators mit der parallel zur Ladewicklung des Magnetgenerators geschalteten Diode sichergestellt, wobei der Widerstand mit der Induktanz der Ladewicklung des Magnetgenerators verbunden ist, und weiterhin diese Elemente so ausgebildet sind, daß in Abhängigkeit von der Frequenzänderung der von der Ladewicklung gelieferten elektromotorischen Kraft die Ladung des Ladekondensators bei niedriger Drehgeschwindigkeit vollständig und bei hoher Drehgeschwindigkeit nur teilweise erfolgt.

Dabei kann die Steuerwicklung aus zwei im Verhältnis zum magnetischen Nutzfluß in Serie und entgegengesetzter Lage zum Streufluß, der von dem magnetischen Feld des Rotors des Magnetgenerators kommt, geschalteten Spulen bestehen.

Ebenso kann die Zündvorrichtung nach der Erfindung eine Schwellwertdiode aufweisen, die zur Ausschaltung der negativen Halbwelle, die von der Steuerwicklung geliefert wird, und zur Begrenzung der minimalen Auslöseschwelle in Serie im Steuerstromkreis der gesteuerten Diode liegt.

Die Kerne der Spulen der Steuerwicklung können einen Ableitungsluftspalt aufweisen, der so bestimmt ist, daß er den magnetischen Fluß nie nach der Umdrehungsgeschwindigkeit verschieden verteilt, um einen in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit geregelten Strom zu erzielen, wobei der magnetische Widerstand der Kerne von der Frequenz abhängt, so daß bei hoher Geschwindigkeit ein größerer magnetischer Fluß durch den Ableitungsluftspalt verläuft.

Dabei ist der Entladestromkreis des Ladekondensators so ausgelegt und die erzeugte Wellenform so bestimmt, daß die eigentliche Periode dieses Entladestromkreises kleiner als ein Drittel der nutzbaren Dauer des Einschaltstromstoßes der gesteuerten Diode im ungünstigsten Fall ist, wodurch bei hoher Tourenzahl mindestens drei Funken bei jeder Zündung erzeugt werden.

Vor dem Kern der Spulen rotiert eine Zunge, die auf die Kurbelwelle aufgekeilt ist, wobei diese Zunge eine Rampe bildet, die allmählich in die zylindrische Nabe übergeht und eine radial ausgerichtete Fläche aufweist, so daß diese Zunge in dem magnetischen Fluß eine eindeutige Störung erzeugt, während ihre Drehung in entgegengesetzter Richtung nicht in der Lage ist, die gesteuerte Diode in den Durchlaßzustand auszusteuern.

Im übrigen kann die elektronische Zündvorrichtung erfindungsgemäß in zwei getrennte Gruppen unterteilt sein, von denen die eine den Ladekondensator und den Zündtransformator, in eine geeignete polymerisierbare Kunststoffmasse eingebracht, umfaßt, während die andere Gruppe die elektronischen Elemente (Dioden, gesteuerte Diode und Widerstände) aufweist, die so leicht zugänglich und austauschbar sind, wobei diese beiden Gruppen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind.

Von Vorteil ist, daß die Synchronisation zwischen der Zündung und dem Ablauf der sonstigen Vorgänge im Motor automatisch und direkt, die Bildung des Zündstromes unmittelbar an die Umlaufgeschwindigkeit des Motors gebunden ist.

Weiterhin werden durch die Verwendung von Wechselstrom alle Umformeraggregate überflüssig und durch den Wegfall der schweren und sperrigen Akkumulatoren die Installation wesentlich vereinfacht und damit die Funktionssicherheit verbessert. Im übrigen erweist es sich als vorteilhaft, daß die einzige Diode der Zündvorrichtung eine doppelte Funktion ausübt. Sie läßt einmal in Anbetracht ihrer Dämpfung die negativen Wechselperioden passieren und zum anderen erlaubt sie dem Wechselstrom, sich während der ganzen Dauer der Impulszuführung aufrecht zu erhalten. Schließlich weist die vorgeschlagene Vorrichtung noch als Vorteil auf, daß sie eine hohe Energieausbeute zur Verfügung stellt und

ao gleichzeitig eine Möglichkeit der sehr leichten Verstellung des Zündpunktes ohne jeden Schlupf bei hoher Tourenzahl gibt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels.

F i g. 1 zeigt das elektrische Schaltbild der Anlage;
F i g. 2 zeigt schematisch die Magnetschwungscheibe, die die Anlage speist;

F i g. 3 gibt die gesamte Einrichtung in einer bevorzugten Gruppierung von Organen, die ein weiteres Merkmal der Erfindung darstellt, wieder;

Fig.4 ist eine schematische Schnittansicht der besonderen elektromagnetischen Fangschaltung, die gemäß der Erfindung verwendet wird, und

F i g. 5 ist eine perspektivische Ansicht in vergrößertem Maßstab eines Teiles der Vorrichtung, die die kombinierten elektronischen Elemente nach der Erfindung zusammenfaßt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die notwendige Spannung für die Speisung des Stromkreises von der Ladewicklung 1 des Magnetgenerators geliefert. Da diese Spannung proportional der Drehgeschwindigkeit ist, ist es in Betracht der verschiedenen Eigenschaften der elektronischen Elemente des Stromkreises erforderlich, sie in einer optimalen Art und Weise zu regeln. Diese Regelung erfolgt durch die Schaltungskombination des Lade-Widerstandes 2 mit dem Kondensator 5 und der Induktanz der Wicklung 1.

Diese Elemente werden am besten so ausgelegt, daß in Abhängigkeit von der Veränderung der Periodizität der elektromotorischen Kraft, die von der Wicklung 1 geliefert wird, der Ladekondensator 5 bei niedriger Geschwindigkeit vollständig und bei hohen Geschwindigkeiten nur zum Teil aufgeladen wird. Auf diese Art und Weise wird eine automatische Regelung der Spannung an den Klemmen des Ladekondensators 5 erzielt.

In den Stromkreis Widerstand-Induktionspule-Kondensator (F i g. 1) ist eine Diode 4 geschaltet, die die positive Halbwelle des vom Generator gelieferten Stromes gleichrichtet und eine weitere Diode 3, die die erstere schützt, indem sie die negative Halbwelle zum Ladewiderstand 2 abführt.

Die im Kondensator 5 gespeicherte Energie wird in die Primärwicklung 7 α des Zündtransformators 7

geleitet, dessen Sekundärwicklung 7 b mit der Zündkerze 25 verbunden ist, wenn das Thyratron 6 gezündet wird. Dieses Zünden wird in bekannter Art und Weise durch eine elektromagnetische Schaltung hervorgerufen, die in ihrer Gesamtheit mit 12 bezeichnet ist und neuartige Besonderheiten aufweist, von denen noch später gesprochen wird.

Ein Widerstand 9 begrenzt den Strom in der Steuerelektrode des Thyratrons 6 und schützt dieses im Falle der Nichtzündung;

Eine Diode 8, die in Serie im Stromkreis geschaltet ist, unterdrückt die negative Halbwelle, die von den Wicklungen 10 der Schaltung 12 geliefert wird (F i g. 1), und begrenzt die minimale Auslöseschwelle. So können die Streuströme, die entstehen können und die eine geringeren Wert als den dieser Schwelle haben, nicht die unzeitige Auslösung der Diode 8 hervorrufen.

Schließlich dient ein Widerstand 11 als Ladewiderstand für die Steuerelektrode.

Die Schaltung 12 ist am Stator 13 der Magnetschwungscheibe im Inneren ihres Rotors 14 angeordnet und besteht im wesentlichen (F i g. 4) aus einem Ferritmagneten und aus zwei Wicklungen 15 a und

15 b, deren Weicheisenkerne 16 a, 16 b den Fluß an den Polen dieses Magneten abfangen. Die beiden Kerne 16 α und 16 b liegen in einer Ebene, die durch die Achse der Kurbelwelle 17 verläuft.

Die Nabe 18 des Rotors 14 trägt eine Weicheisenzunge 19, die bei jeder Umdrehung vor den Kernen

16 a, 16 b unter Aufrechterhaltung eines kleinen Luftspaltes vorbeiläuft, der (F i g. 4) mit 20 bezeichnet ist. Ein Luftspalt 21 ist noch zwischen den Kernen 16 α und 16 b gegenüber der Zunge 19 vorgesehen.

Die beiden Wicklungen 15 α und 15 b sind in Serie im Verhältnis zum nützlichen magnetischen Fluß angeordnet und befinden sich in entgegengesetzter Lage für die Streuströme, die aus dem Magnetfeld des Rotors 14 kommen. Eine Abschirmung der Gesamtheit der Schaltung ist jedoch notwendig, um die restlichen Störungen auszuschalten, die auf die Unsymmetrie des Flusses zurückzuführen sind, wobei diese Abschirmung vorteilhafterweise für den Zusammenbau der verschiedenen Bestandteile der Schaltung benutzt wird. Die Arbeitsweise der beschriebenen und dargestellten Vorrichtung ist wie folgt:

Wenn die Zunge 19 vor den beiden Kernen 16 a und 16 b vorbeiläuft, ist der Luftspalt 20 geringer als der Ableiteluftspalt 21, und der magnetische Fluß verläuft auf dem Wege, der durch den strichpunktierten Pfeil (Fig.4) angedeutet ist. Wenn die kleine Zunge sich aus dieser Stellung entfernt, verläuft der gesamte Fluß durch den Ableitungsluftspalt 21, und diese Flußveränderung vermindert die nützliche elektromotorische Kraft.

Gemäß der Erfindung ist der Luftspalt 21 auch so beschaffen, daß der magnetische Fluß, je nach der Laufgeschwindigkeit, verschieden verteilt wird. Dies ist sehr wichtig, um einen geregelten Ausgangsstrom in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit zu erzielen. In der Tat hängt der magnetische Widerstand der Kerne von der Frequenz ab, und bei hoher Geschwindigkeit verläuft ein größerer Teil des Flusses durch den Ableitungsluftspalt 21.

Gegenüber den an der Steuerelektrode des Thyratron 6 von der genannten Schaltung gelangenden Impulsen verhält sich das Thyratron wie eine Diode, und der Ladekondensator 5 entlädt sich in die Primärspule 7 a des Zündtransformators 7. Auf diese Art und Weise ergibt sich ein Stromkreis, dessen Widerstand vernachlässigenswert klein ist und in dem der Strom sinusförmig ist. solange das Thyratrone gezündet ist, liefern die jeweiligen positiven Halbwellen eine Mehrzahl von Schwingungen in dem durch den Kondensator 5 und die Wicklung 7 a gebildeten Schwingkeis, während für die negativen Halbwellen die Dioden durchlässig sind. Jede der Mehrzahl von Schwingungen erzeugt während eines Zündvorganges einen Funken, so daß während dieses Zündvorganges eine der Mehrzahl der Schwingungen entsprechende Anzahl von Funken ausgelöst wird. Dies führt zu den vorteilhaften Ergebnissen, die eingangs dargelegt wurden. Die Schwingungen werden unterbrochen, wenn die Amplitude des Steuerimpulses für das Thyratron 6 die untere Auslösegrenze erreicht.

Die Studien bezüglich der Verbrennung in den Verbrennungskammern der Motoren haben gezeigt, daß es interessant ist, einerseits um eine maximale Energieausbeute zu erzielen, andererseits um das Verschmutzen der Elektroden der Kerzen zu verhüten, mindestens drei Schwingungen zur Verfügung zu haben, das heißt, drei Funken bei jeder Zündung. Nach der Erfindung wird der Entladungsstromkreis demgemäß so berechnet und die Form der von der Fangschaltung erzeugten Welle so bestimmt, daß die eigentliche Schwingungsdauer dieses Entladungsstromkreises kleiner ist als ein Drittel der ausgenützten Impulsdauer der Fangschaltung und das im ungünstigsten Falle, das heißt, bei hoher Umdrehungszahl.

Die kleine Zunge, die mit der Fangschaltung zusammenwirkt, ist nach der Erfindung von besonderer ausgeschnittener Form, mit einer Rampe, die nach und nach in die Nabe 18 übergeht und eine radial ausgerichtete Fläche hat, wobei die Drehrichtung dieser Zunge durch einen Pfeil (Fig.2) angegeben ist. Die Zunge erzeugt also unter den gegebenen Bedingungen eine eindeutige Störung des magnetischen Flusses, so daß auf diese Art und Weise die Bildung eines markierten Impulses sichergestellt wird. Die Drehung der kleinen Zunge 19 in umgekehrter Richtung würde im Gegensatz dazu nur eine progressive Veränderung des Flusses ergeben, die nicht in der Lage wäre, das Thyratron 6 zu zünden. Eine solche Ausbildung der Zunge, so daß sie nur in einer einzigen Drehrichtung wirken kann, stellt ein einfaches und wirksames Mittel dar, ein Anlaufen des Motors in umgekehrter Richtung zu verhindern. Diese Möglichkeit besteht beispielsweise bei Außenbordmotoren für Motorboote.

Es ist sehr leicht, das Gehäuse der Schaltung 12 direkt auf dem Stator 13 des Magnetgenerators an der Stelle zu montieren, die im allgemeinen dem Unterbrecher vorbehalten ist. Diese Befestigung wird vorzugsweise so durchgeführt, daß die Anordnung radial verschoben werden kann, um den Luftspalt zu regeln. Am Stator wird auch die Zündspule (nicht dargestellt) befestigt, wobei die Ladewicklung 1 die Ladespannung liefert, ebenso der Ladewiderstand 2, wie in F i g. 2 gezeigt.

Nach der Erfindung sind die verschiedenen Elemente der Vorrichtung in zwei klar voneinander getrennte Gruppen je nach ihrer Art unterteilt und un-

ter Bedingungen, die einen ausgesprochenen technischen Fortschritt vom Standpunkt der Herstellungsverbilligung, der Betriebssicherheit und der Einfachheit der Kontrolle und der Instandhaltung darstellen, wobei die gewählte Anordnung in F i g. 3 und 5 gezeigt ist.

Wenn in Betracht gezogen wird, daß der Zündtransformator 7 und der Kondensator 5 verhältnismäßig grobe Organe sind, die kaum einer Abnutzung unterliegen, daß es aber günstig ist, sie vollständig gegen Feuchtigkeit zu schützen, wobei diese beiden Elemente andererseits diejenigen sind, deren Platzbedarf am größten ist, dann werden sie vorteilhafterweise in eine geeignete polymerisierbare Kunststoffmasse eingebracht.

Eine einzige Leitung 21 kommt aus diesem Block 20 heraus und endet an der Zündkerze 25.

Die anderen inneren Verbindungen enden an zwei Klemmen 22, 23 durch die der Block 20, dessen Form nach Belieben gewählt werden kann, um ein

bequemes und schnelles Befestigen am Moped zu erleichtern, mit einer Platte 24 verbunden ist, die in größerem Maßstab in F i g. 5 dargestellt ist und gedruckte Stromkreise aufweist, die die Verbindungen sicherstellen, die zwischen den Dioden 3 und 4, dem Thyratronö und den Widerständen 9 und 11 hergestellt werden müssen. Diese Gesamtheit, die in einem gewissen Ausmaß den empfindlicheren Teil der Vorrichtung darstellen, ist durch eine geeignete nicht

ίο dargestellte Haube geschützt.

Die inneren Spannungen und Schrumpfungen, die in einer Kunststoffmasse auftreten könnten, wie sie der Block 20 darstellt, würden ein Ummanteln der Dioden, Thyratrone und Widerstände infolge ihrer Zerbrechlichkeit, die sich aus ihren sehr kleinen Abmessungen ergibt, nicht zulassen.

Mit a, b, c wurden in F i g. 2, 3 und 5 die Verbindungen bezeichnet, die zwischen der Gruppe 24 und der Magnetschwungscheibe 13, 14 hergestellt werden

ao müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 547/06

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektronische Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator zur Stromversorgung und zur Erzeugung von Steuerimpulsen, mit einem Ladekondensator, der sich über eine vom Magnetgenerator gesteuerte Diode (Thyristor) in die Primärwicklung eines Zündtransformators entlädt, wobei die gesteuerte Diode parallel zu der durch den Ladekondensator und die Primärwicklung des Zündtransformators gebildeten Serienschaltung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ladewicklung (1) des Magnetgenerators und dem Ladekondensator (5) eine Diode (4) geschaltet ist, welche die positive Halbwelle des vom Magnetgenerator gelieferten Stroms dem Ladekondensator direkt zuführt, und daß weiterhin parallel zur Ladewicklung des Magnetgenerators eine Diode (3) so geschaltet ist, daß sie die positive Halbwelle des vom Magnetgenerator gelieferten Stromes sperrt, die negative Halbwelle hingegen durchläßt.

2. Elektronische Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Spannung des Ladestroms durch die Kombination eines Ladewiderstandes (2) und des Ladekondensators (5) mit der parallel zur Ladewicklung des Magnetgenerators geschalteten Diode (3) sichergestellt ist, wobei der Widerstand mit der Induktanz der Ladewicklung des Magnetgenerators verbunden ist, und weiterhin diese Elemente so ausgebildet sind, daß in Abhängigkeit von der Frequenzänderung der von der Ladewicklung gelieferten elektromotorischen Kraft die Ladung des Ladekondensators bei niedriger Drehgeschwindigkeit vollständig und bei hoher Drehgeschwindigkeit nur teilweise erfolgt.

3. Elektronische Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklung (12) aus zwei im Verhältnis zum magnetischen Nutzfluß in Serie und in entgegengesetzter Lage zum Streufluß der von dem magnetischen Feld des Rotors des Magnetgenerators kommt, geschalteten Spulen (15 a, 15 6) besteht.

4. Elektronische Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schwellwertdiode (8) aufweist, die zur Ausschaltung der negativen Halbwelle, die von der Steuerwicklung (15 α, 15 b) geliefert wird, und zur Begrenzung der minimalen Auslöseschwelle in Serie im Steuerstromkreis der gesteuerten Diode liegt.

5. Elektronische Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (16 a, 16 b) der Spulen (15 a, ISb) der Steuerwicklung einen Ableitungsluftspalt aufweisen, der so bestimmt ist, daß er den magnetischen Fluß je nach der Umdrehungsgeschwindigkeit verschieden verteilt, um einen in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit geregelten Strom zu erzielen, wobei der magnetische Widerstand der Kerne (16 a, 16 b) von der Frequenz abhängt, so daß bei hoher Geschwindigkeit ein größerer magnetischer Fluß durch den Ableitungsluftspalt verläuft.

6. Elektronische Zündvorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestromkreis des Ladekondensators so ausgelegt und die erzeugte Wellenform so bestimmt ist, daß die eigentliche Periode dieses Entladestromkreises kleiner als ein Drittel der nutzbaren Dauer des Einschaltstromstoßes der gesteuerten Diode im ungünstigsten Fall ist, wodurch bei hoher Tourenzahl mindestens drei Funken bei jeder Zündung erzeugt werden.

7. Elektronische Zündvorrichtung nach Anspruch 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kern der Spulen eine Zunge (19) rotiert, die auf die Kurbelwelle aufgekeilt ist, wobei diese Zunge eine Rampe bildet, die allmählich in die zylindrische Nabe übergeht und eine radial ausgerichtete Fläche aufweist, so daß diese Zunge in dem magnetischen Fluß eine eindeutige Störung erzeugt, während ihre Drehung in entgegengesetzter Richtung nicht in der Lage ist, die gesteuerte Diode in den Durchlaßzustand auszusteuern (F ig. 2).

8. Elektronische Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie in zwei getrennte Gruppen unterteilt ist, von denen die eine den Ladekondensator (5) und den Zündtransformator (7), in eine geeignete polymerisierbare Kunststoffmasse (20) eingebracht, umfaßt, während die andere Gruppe die elektronischen Elemente (Dioden 3, 4, 8, gesteuerte Diode 6 und Widerstände 9, 11) aufweist, die so leicht zugänglich und austauschbar sind, wobei diese beiden Gruppen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind (F i g. 3 und 5).