DE1464014B2 - Magnetischer Schalter für eine Zündvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Schalter für die kontrollierte Zuführung der Hochspannungsenergie an die Zündkerzen einer mindestens eine Zündkerze enthaltende Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer Primärwicklung, die an eine Wechselspannungsquelle mit einer gegenüber der maximalen Drehzahl der Brennkraftmaschine sehr hohen Frequenz angeschlossen ist, aus einer zweiteiligen Sekundärwicklung, einem die Primär- und die Sekundärwicklung tragenden Kern aus ferromagnetischem Material und aus einem durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Anker, durch den der magnetische Fluß durch den Kern periodisch erheblich geändert wird, so daß über die Sekundärwicklung kurzzeitig eine Spannung durch die über die Primärwicklung angelegte Wechselspannung induziert wird.

Ein derartiger Schalter ist bereits bekannt, so z. B. aus der britischen Patentschrift 808 714.

Nachteilig ist dabei, daß infolge des unvermeidbaren Streuflusses eine vollständige Unterbrechung der Übertragung der Hochspannungsenergie nach der Zündkerze nicht gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und einen Schalter zu schaffen, der darüber hinaus auch unempfindlich ist gegen von außen auf ihn einwirkende magnetische oder elektromagnetische Flüsse.

Die Erfindung besteht darin, daß auch die Primärwicklung zweiteilig ist, daß der Kern als dreischenkliger Kern mit zwei Außenschenkeln ausgebildet ist, deren jeder einen Teil der Primärwicklung und einen Teil der Sekundärwicklung trägt, die Teile der einen dieser Wicklungen in einander entgegengesetzten Richtungen und die Teile der anderen dieser Wicklungen in gleicher Richtung gewickelt sind, und daß der Anker derart angeordnet ist, daß er den magnetischen Fluß des Magnetkreises zwischen einem der zwei Außenschenkel des Kernes und dessen drittem Schenkel periodisch erheblich ändert.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

F i g. 2 zeigt das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Die Zündvorrichtung nach F i g. 1 enthält eine Zündspule 1 mit einer Primärwicklung 2, einer Sekundärwicklung 3 und einem Kern 4 aus ferromagnetischem Material, einen Kondensator 6 und einen Schalter 8, über den die Primärwicklung 2 der Spule 1 über den Ladekondensator 6 angeschlossen werden kann. Die Sekundärwicklung 3 ist einerseits mit der isolierten Elektrode einer Zündkerze 7 und andererseits mit Erde, z. B. mit der Masse eines vom Motor angetriebenen Fahrzeuges, verbunden. Der Ladekondensator 6 wird dauernd durch eine Gleichspannungsquelle von z. B. 200 V aufgeladen, von der nur der Innenwiderstand 9 in der Figur dargestellt ist.

Wenn der Schalter 8 für Strom durchlässig gemacht wird, entlädt sich der Speicherkondensator 6 über die Primärwicklung 2 der Zündspule 1 und erzeugt über der Sekundärwicklung 3 eine so hohe Scheitelspannung, daß zwischen den Elektroden der Zündkerze 7 ein Funken erzeugt wird.

Die Hochspannungsenergie der Zündkerze 7 wird über den Schalter 8 unter der Steuerung eines magnetischen Schalters zugeführt. Dieser magnetische Schalter enthält eine zweiteilige Primärwicklung 10, 10', die an eine Wechselspannungsquelle mit einer gegenüber der maximalen Drehzahl der Brennkraftmaschine sehr hohen Frequenz angeschlossen ist. Bei einer Brennkraftmaschine mit einer maximalen Drehzahl von 600 Umdrehungen pro Minute (100 Umdr./ Sek.) wird z. B. eine Wechselspannungsquelle mit einer Frequenz von mindestens 36 000 Hz gewählt, um die Zündlage hinreichend genau wählen zu können: eine Periode der Wechselspannung entspricht dann einem Lagenunterschied von 1°.

Jeder Teil der Wicklung 10, 10' ist auf einem von zwei Außenschenkeln eines dreischenkligen Kernes 11 aus ferromagnetischem Material angebracht, und beide sind in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt, so daß ein Strom durch die in Reihe geschalteten Wicklungsteile 10 und 10' nahezu keinen magnetischen Fluß durch den Mittelschenkel des Kernes 11 erzeugt. Der magnetische Schalter enthält weiter eine zweiteilige Sekundärwicklung 12, 12', von der jeder Teil auf einem anderen der Außenschenkel des Kernes 11 angebracht ist und beide Teile in der f gleichen Richtung gewickelt und miteinander in ν Reihe geschaltet sind, wobei der Schalter weiter einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Anker 13 enthält, der z. B. aus einem ferromagnetischen Material mit verhältnismäßig hoher Permeabilität oder aus einem elektrisch leitenden Material oder aus beiden besteht.

Wenn der Anker 13 sich in der dargestellten Lage befindet, verringert er in erheblichem Maße den magnetischen Widerstand des Magnetkreises, der aus dem linken Schenkel und dem Mittelschenkel des Kernes 11 gebildet wird. Es entsteht ein hoher magnetischer Wechselfluß durch diesen Kernteil, und die in dem Teil 12' der Sekundärwicklung induzierte Wechselspannung ist bedeutend größer als die entgegengesetzte Spannung, die in dem anderen Teil 12 der Sekundärwicklung induziert wird. In der entgegengesetzten Lage verringert der Anker 13 den magnetischen Widerstand des Magnetkreises, der aus dem rechten Schenkel und dem Mittelschenkel des Kernes 11 besteht, so daß die Wechselspannung des Teiles 12 der Sekundärwicklung bedeutend größer ist ( als die des Teiles 12' dieser Wicklung. In beiden Fällen wird die Wechselspannung über die ganze Sekundärwicklung 12, 12' dem Basis-Emitter-Kreis eines Transistors 14 zugeführt, dessen Emitter-Kollektor-Kreis die Steuerelektrode des Schalters 8 über Widerstände 15 und 16 mit der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle, z. B. einer Batterie von 12 V, verbindet.

Dreht sich der Anker 13 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, so eignet sich die dargestellte Vorrichtung für eine 4-Zylinder-4-Taktbrennkraftmaschine oder für eine 2-Zylinder-2-Taktbrennkraftmaschine, und sie kann für jede Brennkraftmaschine durch entsprechende Änderung des Verhältnisses zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der des Ankers oder durch Änderung des Ankers selber geeignet gemacht werden. Dreht sich z. B. der Anker 13 mit einer Umdrehung während zweier Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wie dies für den (nicht dargestellten) Verteiler in einer Viertaktbrennkraftmaschine üblich ist, so wird für eine 4-Zylinderbrennkraftmaschine ein zweiarmiger, sternförmiger Anker mit Winkeln von

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90 bzw. 270° zwischen den Schenkeln benutzt wer- geführt wird, so daß dieser Transistor gesperrt wird den können. Es könnte die Drehachse des Ankers und der Oszillator während kurzer Zeit nicht mehr auch derart nach links oder nach rechts verschoben schwingen kann. Dank dieser Maßnahme ist sicherwerden, daß dieser nur den magnetischen Widerstand gestellt, daß der Transistor 14 gesperrt bleibt und des Magnetkreises des Teiles des Kernes 11 mit dem 5 daß der Thyristor 8 nicht vorzeitig durch Streu-Mittelschenkel und dem linken bzw. rechten Außen- übertragung der Schwingungen des Oszillators geschenkel verringern kann, aber nicht den des anderen zündet werden kann, bevor der Speicherkonden-Magnetkreises mit dem rechten bzw. linken Außen- sator 6 wieder die volle Spannung der Gleichspanschenkel des Kernes 11, wobei ein vierarmiger, stern- nungsquelle von 200 V angenommen hat.
förmiger Anker mit Winkeln von 90° zwischen den io Es könnte selbstverständlich auch auf gleiche Weise Schenkeln benutzt werden muß. der Transistor 14 während der Wiederherstellungszeit

Der Schalter 8 ist ein Thyristor, dessen Kathode des Thyristors 8 und der Aufladezeit des Speichergeerdet ist und dessen Anode über die Primärwick- kondensators 6 gesperrt werden, aber das Sperren des lung 2 der Zündspule 1 an die Plusklemme des Oszillatortransistors 17 hat sich in der Praxis als Speicherkondensators 6 angeschlossen ist, während 15 zuverlässiger erwiesen.

die Zündelektrode (Steuerelektrode) über den Strom- Es könnten auch die Wicklungsteile 10 und 10'

begrenzungswiderstand 15 mit dem Kollektor eines in der gleichen Richtung und die Wicklungsteile 12,

pnp-Verstärkertransistors 14 verbunden ist. Der 12' in entgegengesetzten Richtungen gewickelt wer-

Widerstand 16 im Emitterkreis des Transistors 14 den. Die über den Wicklungen 12 und 12' erzeugten

dient dazu, den Arbeitspunkt dieses Transistors zu so Spannungen in Abwesenheit eines ferromagnetischen

stabilisieren. Elements, das den magnetischen Widerstand des

Die vorerwähnte Wecheselspannungsquelle ist ein Magnetkreises in einem der Außenschenkel und in

Oszillator mit einem pnp-Transistor 17, einem dem Mittelschenkel des Kernes 11 stark herabgesetzt,

Schwingkreis 18, 19 zwischen dem Kollektor dieses heben dann einander nahezu vollkommen auf, wäh-

Transistors und Erde, einer Rückkopplungswicklung 25 rend in Anwesenheit eines solchen Elementes die

20 im Emitterkreis dieses Transistors auf demselben Spannung über einem dieser Wicklungsteile, z. B. 12',

Kern 21 aus ferromagnetischem Material wie die bedeutend größer wird als die über dem anderen.

Wicklung der Induktivität 18 des Schwingkreises 18, Dennoch hat sich die Vorrichtung als zuverlässiger

19 und mit den Arbeitspunkt bestimmenden Schalt- erwiesen, wenn praktisch kein magnetischer Fluß in

elementen. Parallel zum Schwingkreis 18, 19 liegt 30 dem Mittelschenkel des Kernes 11 erzeugt wird, so-

die Primärwicklung 10, 10' des magnetischen Schal- lange über den magnetischen Schalter keine Über-

ters über einen Kopplungskondensator 30. tragung erfolgen soll.

Die den Arbeitspunkt bestimmenden Schalt- Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 unterscheielemente bestehen aus einem Widerstand 22, der det sich von dem nach F i g. 1 dadurch, daß der durch einen Kondensator 23 überbrückt und der in 35 Oszillator mit dem Transistor 17 dazu benutzt wird, Reihe mit der Rückkopplungswicklung 20 in den über den magnetischen Schalter 10 bis 13 einen Ver-Emitterkreis des Transistors 17 zwischen der Wick- stärker zu steuern, der die Primärwicklung 2 der lung 20 und der Plusklemme der Gleichspannungs- Zündspule 1 mit verstärkten Wechselspannungsquelle von 12 V geschaltet ist. Ein ohmscher Span- impulsen speist. Die Zündkerze 7 wird somit durch nungsteiler mit Widerständen 24 und 25 ist über diese 40 die Zündspule 1 mit hohen Wechselspannungs-Gleichspannungsquelle angeschlossen, und seine An- impulsen gespeist. Zu diesem Zweck muß die Zündzapfung ist mit dem gemeinsamen Punkt der Wick- spule 1 für die Frequenz des Oszillators mit dem lung 20 und des Widerstandes 22 über eine in Sperr- Transistor 17 besonders ausgebildet werden, d. h., richtung geschaltete Diode 26 verbunden. Bei Zu- sie muß eine kleine verteilte Kapazität und eine nähme der Temperatur sind der Kollektorreststrom I_c0 45 Eigenresonanzfrequenz haben, die erheblich höher und somit auch der Emitterstrom des Transistors 17 ist als die Oszillatorfrequenz. Es kann auch ein geneigt zuzunehmen. Der Sperrstrom der Diode 26 frequenzteilender Verstärker 35 z. B. zwischen dem nimmt dabei jedoch auch zu, so daß die Spannung magnetischen Schalter 10 bis 13 und den Eingangsüber dem Widerstand 22 zunimmt und der Zunahme elektroden des Transistors 14 eingeschaltet werden, des Emitterstroms des Transistors 17 entgegenwirkt. 50 Der Anker 13 dieses Ausführungsbeispiels dreht Schließlich ist die Basis des Transistors 17 an den sich um eine Achse parallel zum Luftspalt zwischen gemeinsamen Punkt zweier Widerstände 27 und 28 dem Mittelschenkel und dem linken Außenschenkel angeschlossen, die über die Gleichspannungsquelle des Kernes 11. Infolgedessen ergibt sich eine steilere, von 12 V in Reihe mit einer in Durchlaßrichtung zeitlich genauer bestimmte Änderung des magnetigeschalteten Diode 29 geschaltet sind. 55 sehen Widerstandes des Kernes 11. Wird dieser

Normalerweise ist der Transistor 17 mittels der Anker mit der gleichen Drehzahl angetrieben wie erwähnten, den Arbeitspunkt bestimmenden Schalt- der nicht dargestellte Verteiler der Brennkraftelemente in der Durchlaßrichtung betrieben, so daß maschine, so hat er eine Anzahl von Schenkeln gleich der Oszillator mit diesem Transistor frei schwingen der Zylinderanzahl dieser Brennkraftmaschine,
kann. In dem Augenblick, in dem der Thyristor 8 60 Der Transistor 14 muß die Zündenergie liefern nach dem Entladen des Speicherkondensators 6 können und ist daher ein Leistungstransistor. Um wieder gesperrt wird, nimmt das Anodenpotential diesen Leistungstransistor über den magnetischen mit dem der Plusklemme des Speicherkondensators 6 Schalter ausreichend zu steuern, wird dieser Schalter wieder zu. Diese Potentialänderung wird über einen gleichzeitig wie ein die Spannung erhöhender TransKondensator 31 und einen Reihenwiderstand 32 über 65 formator benutzt, dessen Verhältnis zwischen der die Diode 29 zugeführt, die infolgedessen gesperrt Primärwicklung 10, 10' und der Sekundärwicklung wird. Dies hat zur Folge, daß eine positive Vorspan- 12, 12', z. B. 1:10 ist, während die Primärwicklung nung kurzzeitig der Basis des Transistors 17 zu- mit niedriger Impedanz in den Emitterkreis des

Oszillators 17 eingefügt ist, in Reihe mit den den Arbeitspunkt bestimmenden, stabilisierenden Mitteln bis 26. Die Rückkopplungswicklung 20 liegt dann in dem Basiskreis des Transistors 17, dessen Basispotential durch den Spannungsteiler 27, 28 bestimmt und durch einen Kondensator 33 stabilisiert wird.

Schließlich wird die Steuerspannung der Basis des Transistors 14 über eine Zenerdiode 34 zugeführt, so daß dieser Transistor, dessen Basis über einen Widerstand 36 geerdet ist und dessen Emitterkreis eine die natürliche Schwelle erhöhende Diode 37 enthält, nicht auf Störspannungen ansprechen kann und gesperrt bleibt, es sei denn, daß eine starke Übertragung der Schwingungen über den magnetisehen Schalter 10 bis 13 erfolgt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Magnetischer Schalter für die kontrollierte Zuführung der Hochspannungsenergie an die Zündkerzen einer mindestens eine Zündkerze enthaltende Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer Primärwicklung, die an eine Wechselspannungsquelle mit einer gegenüber der maximalen Drehzahl der Brennkraftmaschine sehr hohen Frequenz angeschlossen ist, aus einer zweiteiligen Sekundärwicklung, einem die Primär- und die Sekundärwicklung tragenden Kern aus ferromagnetischem Material und aus einem durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Anker, durch den der magnetische Fluß durch den Kern periodisch erheblich geändert wird, so daß über die Sekundärwicklung kurzzeitig eine Spannung durch die über die Primärwicklung angelegte Wechselspannung induziert wird, dadurchgekennzeicb.net, daß auch die Primärwicklung (10,10') zweiteilig ist, daß der Kern (11) als dreischenkliger Kern mit zwei Außenschenkeln ausgebildet ist, deren jeder einen Teil der Primärwicklung und einen Teil der Sekundärwicklung trägt, die Teile der einen dieser Wicklungen in einander entgegengesetzten Richtungen und die Teile der anderen dieser Wicklungen in gleicher Richtung gewickelt sind, und daß der Anker (13) derart angeordnet ist, daß er den magnetischen Fluß des Magnetkreises zwischen einem der zwei Außenschenkel des Kernes (11) und dessen drittem Schenkel periodisch erheblich ändert.

2. Zündvorrichtung mit einem magnetischen Schalter nach Anspruch 1, bei der die über den magnetischen Schalter übertragene Wechselspannung zum Zünden eines gesteuerten Gleichrichters benutzt wird, über den ein elektrischer Stromimpuls der Zündspule zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß, um Rückzündungen und/oder vorzeitige Zündungen des gesteuerten Gleichrichters zu verhüten, mit Hilfe eines Gleichrichters durch den gesteuerten Gleichrichter einseitige Spannungsimpulse erzeugt werden, die einem in einem Oszillator für die Erzeugung von Wechselspannung eingefügten Verstärkerelement in der Sperrichtung zugeführt werden, derart, daß der Oszillator während der Sperrverzögerungszeit des gesteuerten Gleichrichters und/oder während der Aufladezeit eines Speicherkondensators zur Lieferung des Stromimpulses nicht schwingt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen