DE1539169C3

DE1539169C3 - Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1539169C3
Application number: DE1539169A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Hoehne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1966-07-20
Filing date: 1966-07-20
Publication date: 1974-01-03
Also published as: CH462542A; NL6710009A; US3447522A; DE1539169B2; ES343224A1; SE328736B; DE1539169A1; GB1188510A; BE701590A; JPS5320643B1; AT271102B

Description

3 . 4

F i g. 3 den magnetischen Steuergenerator nach kann auch mit einem magnetisch nichtleitenden

F i g. 2 in der Draufsicht, Material ausgefüllt sein.

F i g. 4 den magnetischen Steuergenerator nach den Das Teilstück 107 ist (s. F i g. 4) an der Stelle 109

F i g. 2 und 3 im Schnitt nach der Linie IV-IV der mit dem die Induktionsspule tragenden Weicheisen-

F i g. 3, 5 kern 65 magnetisch leitend verbunden und kann

F i g. 5 eine Abwicklung des als Zylindermantel zusammen mit diesem aus einem einzigen Stück ausgebildeten Polstücks 68 nach den F i g. 2 bis 4, ebenen Weicheisenblechs hergestellt sein. Das Teilteilweise abgebrochen, und stück 108 ist, wie ebenfalls F i g. 4 zeigt, an der

F i g. 6 eine Abwicklung des Teilstücks 107 nach Stelle 110 mit einem nicht durch die Induktionsspule

den F i g. 2 bis 5 in schaubildlicher Darstellung zur io führenden Ableitstück 111, welches ebenfalls aus

Diskussion der besonderen Form der Teilstücke 107, Weicheisen besteht, magnetisch leitend verbunden.

108 nach der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Es kann mit diesem an dieser Stelle verschweißt oder

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält die erfindungs- verschraubt sein. Das Ableitstück 111 ist, ebenso wie gemäße Zündeinrichtung einen magnetischen Steuer- der Weicheisenkern 65, mittels der Schrauben 102, generator 30 mit einer Induktionsspule 31. Die In- 15 103 an dem Weicheisenstück 104 befestigt, welches duktionsspule 31 führt einer bei 13 schematisch mit dem Permanentmagneten 54 fest verbunden ist. angedeuteten elektronischen Schaltvorrichtung eine Zwischen der schmalen Stirnfläche 58 des dreh-Stuerspannung w zu. Die elektronische Schaltvor- beweglichen Kraftlinienleitstücks 55 und dem festrichtung 13 besteht aus einer nicht näher dargestellten, stehenden Polstück 68 ist nur ein enger Luftspalt 112 an die Induktionsspule 31 angeschlossenen Kippstufe 20 frei gelassen, so daß die aus dem Kraftlinienleitstück 55 und aus einer ebenfalls nicht näher dargestellten, der austretenden magnetischen Feldlinien im wesentlichen Kippstufe nachgeschalteten Leistungsstufe. Das Aus- senkiecht in das Polstück 68 eintreten,
gangssignal der elektronischen Schaltvorrichtung 13 Wird nun die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wird der Primärwicklung einer bei 10 angedeuteten, in Drehung versetzt, so bewegt sich bei jeder Kurbelnicht näher dargestellten Zündspule zugeleitet. Der 25 wellenumdrehung das Kraftlinienleitstück 55 einmal in der Sekundärwicklung der Zündspule 10 entstehende über das zylinderförmige Polstück 68 hinweg. Solange Zündimpuls wird in bekannter Weise über einen sich dabei das Kraftlinienleitstück 55 über das Teil-Zündverteiler an die Zündkerzen der Brennkraft- stück 107 hinwegbewegt, teilt sich der vom Permanentmaschine weitergeleitet. magneten 54 gelieferte Gesamtkraftfluß Φ_ο in einen

Der in den F i g. 2, 3 und 4 näher dargestellte 30 das Teilstück 107 durchsetzenden Teilfiuß Φ_ΐ5 der in

magnetische Steuergenerator 30 ist für einen Zwei- der Induktionsspule 31 wirksam ist, und in einem das

linder-Viertaktmotor bestimmt und wird von einer Teilstück 108 durchsetzenden Teilfluß Φ₂, der über das

mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppel- Ableitstück 111 an der Induktionsspule 31 vorbei-

ten Antriebswelle 41 angetrieben. Auf der Antriebs- geführt wird.

wej,le 41 sitzt eine aus Weicheisen bestehende Schwung- 35 Die durch den Teilfluß Φ₁ in der Induktionsspule 31

scheibe 101, an der ein ebenfalls aus Weicheisen induzierte Spannung u nimmt mit zunehmendem

bestehendes Kraftlinienleitstück 55 befestigt ist, das Drehwinkel « zu. Beim Erreichen eines festgelegten

etwa radial steht und bei seinem Umlauf mit seiner Absolutwertes U₀ dieser Spannung spricht die elek-

Stirnfläche 58 dem feststehenden Generatorteil gegen- tronische Schaltvorrichtung 13 an und erzeugt in der

übertritt. Die Stirnfläche 58 des Kraftlinienleitstücks 55 40 Zündspule 10 einen Zündimpuls, der an eine der

hat eine große axiale Länge /, aber nur eine geringe Zündkerzen der Brennkraftmaschine weitergeleitet

Breite a. wird. Der Absolutwert U₀ der induzierten Spannung u

Der feststehende Generatorteil enthält einen die wird dabei, bezogen auf den Zeitpunkt des Erreichens Induktionsspule 31 tragenden Weicheisenkern 65, der des darauffolgenden Kolbentotpunktes, um so früher mittels Schrauben 102, 103 an einem Weichseisen- 45 erreicht, je höher die Kurbelwellendrehzahl η ist. Auf stück 104 befestigt ist, das seinerseits mit einem diese Weise wird der Zündzeitpunkt mit steigenden Permanentmagneten 54 fest verbunden ist. Der Per- Drehzahlen η um einen wachsenden Betrag vorverlegt, manentmagnet ist als Stabmagnet ausgebildet und in Im folgenden soll nun noch gezeigt werden, daß Achsrichtung der Antriebswelle 41 derart polarisiert, bestimmte, in Abhängigkeit von der Kurbelwellendaß seine mit dem Weicheisenstück 104 verbundene 50 drehzahl η vorgeschriebene, auf einen Kolbentot-Stirnseite einen Südpol S, die gegenüberliegende punkt bezogene Zündverstellwinkel φ = <p(_n) mit der Stirnseite einen Nordpol N bildet. An der von dem beschriebenen Zündeinrichtung dadurch erzeilt werden Weicheisenstück 104 abgewandten Stirnseite des Per- können, daß die jeweilige axiale Länge χ des mit der manentmagneten 54 ist ein weiteres Weicheisenstück mit in Drehrichtung des Kraftlinienleitstücks 55 105 befestigt, das über einen Luftspalt 106 mit der 55 zunehmendem Drehwinkel α gemäß der Differential-Schwungscheibe 101 magnetisch leitend verbunden ist. gleichung

Bestandteil des feststehenden Generatorteils ist

außerdem ein als Zylindermantel ausgebildetes, koaxial ΞΞ. — _ . q

zui Antriebswelle 41 angeordnetes Polstück 68, wel- dot n^

ches aus Weicheisen besteht und, wie insbesondere 60

aus F i g. 5 ersichtlich, in zwei magnetisch vonein- ändert, wenn η(_φ) die Umkehrfunktion der vorge-

ander getrennte Teilstücke 107, 108 unterteilt ist. schrieb"enen Zündverstellfunktion <p(_n) und C eine

Das Teilstück 107 hat eine in Drehrichtung des Konstante ist.

Kraftlinienleitstücks 55 veränderliche axiale Länge x, Zu diesem Zweck ist in F i g. 6 das Teilstück 107 das Teilstück 108 bei Vernachlässigung des zur 65 noch einmal gezeichnet und außerdem die für die magnetischen Isolierung dienenden Luftspalts zwischen Rechnung notwendigen Bezeichnungen eingetragen,

den beiden Teilstücken eine axiale Länge I — x. Der Wird eine Spule mit w Windungen von einem sich Luftspalt zwischen den beiden Teilstücken 107, 108 zeitlich ändernden Kraftfluß der Dichte 33 durchsetzt,

so gilt für die in ihr induzierte Spannung allgemein:

(1)

άΦ

u = — w ■ ,

di

wobei der Kraftfluß Φ durch

Φ = If S3 · d

(2)

gegeben ist, wobei S3 die vom Kraftfluß durchsetzte, von der Spule umschlossene Fläche bedeutet. Bei dem erfindungsgemäßen Steuergenerator ist nun in der Induktionsspule 31 derjenige Teil Φ₁ des aus dem Kraftlinienleitstück 55 austretenden Kraftflusses Φ_ο wirksam, der das Teilstück 107 durchsetzt. Wenn sich das Kraftlinienleitstück 55 an der Stelle α befindet, erhält man für (P₁:

₁ = Ba

Dann gilt für die in der Induktionsspule 31 induzierte Spannung u: ·

dx(oc)

u = — w B a ·

oc = 2

di

wird aus Gleichung 4:

d«

u= — -w Ba 2 π ri(t) I 1 H

da \ W(i) d t

• (6)

Im stationären Fall, auf den wir uns bei den folgenden Betrachtungen beschränken, kann die Drehzahl >i(t) in dem Zeitraum, während dem das Kraftlinienleitstück 55 sich über das Teilstück 107 hinwegbewegt, in^guter Näherung als konstant angesehen werden, so daß

dt

wird. In der Klammer von Gleichung 6 verschwindet somit der zweite Term, und es ergibt sich für die in der Induktionsspule 31 induzierte Spannung w.

u = — 2π\ν Β α · η

άχ

Die Spannung u ist somit proportional der Drehzahl η und proportional d x/d oc. Setzt man nun in Gleichung 8 für u denjenigen Wert U₀ ein, bei dem die an die Induktionsspule 31 angeschlossene elektronische Schaltvorrichtung 13 anspricht, so erhält man als Ansprechbedingung für die Zündeinrichtung:

A*«-i—L, (₉₎

da η 2naw B

oder, wenn der konstante Faktor

U₀

gesetzt wird,

2πα wB

doc η

= 6»

(10) (H) eliminiert. Dies geschieht mit Hilfe der vorgeschriebenen Zündverstellfunktion ψ(_η), in dem man diese nach η auflöst und in Gleichung 11 einsetzt:

d cc

(12)

Mit φ = « ist die Lösung dieser Differentialgleichung diejenige Funktion jt(„) für die axiale Länge des Teilstücks 107, die die gewünschte Zündverstellung <p(n) liefert.

Da sich Gleichung 12 für beliebige Funktionen n_M integrieren läßt, und da die Herstellung der Teilstücke 107,108 mit in Abhängigkeit vom Drehwinkel λ belibiger axialer Länge X(_ay bzw. / — X(_x) ohne weiteres möglich ist, können mit der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung beliebige Zündverstellungen <P(n) erzielt werden. Für

φ = — k η

(13)

Aus dieser Gleichung erhält man eine Differentialgleichung für JC(«), wenn man η zugunsten von oc liefert die Integration der Gleichung 12 für x^: X=Ck-In oc +D, (14)

wobei D eine Integrationskonstante ist.
Bei einer Zündeinrichtung nach der Erfindung, bei der die magnetisch leitenden Teile des Magnetkreises des Steuergenerators 30 in der beschriebenen Weise aus Weicheisen hergestellt waren, hat sich gezeigt, daß sieb bei höheien Drehzahlen Wirbelstromeinflüsse störend bemerkbar machen. Insbesondere zeigten sich bei höheren Drehzahlen Abweichungen zwischen der vorgeschriebenen und der tatsächlich gemessenen Zündverstellfunktion <p(n)- Diese Nachteile konnten aber dadurch beseitigt werden, daß erfindungsgemäß

, zur Unterdrückung des Wirbelstromeinflusses die magnetisch leitenden Teile 55, 65, 101, 104, 105, 107, 108 und 111 des Magnetkreises des Steuergenerators oder mindestens die Teile 107 und 108 geblecht oder aus Ferritmaterial hergestellt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das an Hand der Zeichnung beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Je nach der Anzahl der Zylinder können auf der Schwungscheibe 101 statt eines einzigen Kraftlinienleitstücks 55 mehrere Kraftlinienleitstücke in gleichen Winkelabständen angeordnet sein, bei einem Vierzylinder-Viertaktmotor beispielsweise zwei Kraftlinienleitstücke in einem Winkelabstand von 180 Grad. Das Polstück 68 kann statt als Zylindermantel als Sektor aus einem solchen ausgebildet sein. Dieser Sektor muß jedoch so groß sein, daß das Teilstück 107 in Umfangsrichtung zu beiden Seiten vom Teilstück 108 vollständig umschlossen wird. Das Polstück 68 kann auch als Mantel eines irgendwie anders gestalteten Rotationskörpers, insbesondere als Kegelmantel, oder als Teil eines solchen ausgebildet sein, wobei wieder das mit dem Ableitstück verbundene Teilstück das mit der Induktionsspule gekoppelte Teilstück in Umfangsrichtung vollständig umschließen muß.

Der Permanentmagnet 54 kann durch einen Elektromagneten ersetzt sein. An Stelle der Zündspule 10 kann ein Speicherkondensator verwendet werden (Kondensatorzündung). Dem Speicherkondensator kann dabei ein Zündtransformator nachgeschaltet sein. Bei der elektronischen Schaltvorrichtung 13 können Kippstufe und Leistungsstufe in einer einzigen Stufe vereinigt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeidhnungen

Claims

I 539 169 1 ·■ : 2 richtung dienenden magnetischen Steuergenerator, ... dessen Magnetkreis einen feststehenden Permanent- Fatentanspruche: oder Elektromagneten, einen feststehenden Kern aus magnetisch leitendem Material mit einer Induktions-

1. Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit 5 spule, ein wenigstens als Teil des Mantels eines einer die Zündspannung erzeugenden elektroni- Rotationskörpers, insbesondere als Zylinder- oder sehen Schaltvorrichtung und mit einem zur Kegelmantel ausgebildetes, feststehendes Polstück und Steuerung der elektronischen Schaltvorrichtung mindestens ein um dessen Achse drehbares Kraftdienenden magnetischen Steuergenerator, dessen linienleitstück enthält, dessen vom Polstück zugekehrte Magnetkreis einen feststehenden Permanent- oder io Stirnfläche eine große axiale Länge, aber nur eine gerin-Elektromagneten, einen feststehenden Kern aus ge, in Umfangsrichtung des Polstücks verlaufende magnetisch leitendem Material mit einer Induk- Breite hat, wobei die bei einem festgelegten Absoluttionsspule, ein wenigstens als Teil des Mantels wert der zugeführten Spannung ansprechende elektroeines Rotationskörpers, insbesondere als Zylinder- nische Schaltvorrichtung an die Induktionsspule oder Kegelmantel ausgebildetes, feststehendes Pol- 15 angeschlossen ist.

stück und mindestens ein um dessen Achse dreh- Um den in den Zylindern von Brennkraftmaschinen

bares Kraftlinienleitstück enthält, dessen dem entstehenden jeweiligen Verbrennungsverzug auszu-

Polstück zugekehrte Stirnfläche eine große axiale gleichen, wird bei bekannten Zündeinrichtungen der

Länge, aber nur eine geringe, in Umfangsrichtungl genannten Art, wie sie z. B. in der deutschen Auslege-

des Polstücks verlaufende Breite hat, wobei die 20 schrift 1193 309 beschrieben sind, der magnetische

bei einem festgelegten Absolutwert der zugeführten Steuergenerator über einen Fliehkraftversteller ange-

Spannung ansprechende elektronische Schaltvor- trieben, der die Ankerwelle des Steuergenerators

richtung an die Induktionsspule angeschlossen ist, gegenüber der mit der Kurbelwelle der Brennkraft-

dadurch gekennzeichnet, daß zur maschine gekuppelten Antriebswelle verstellt. Dadurch

Erzielung einer Zündzeitpunktverstellung auf ma- 25 wird der jeweilige Zündzeitpunkt in bezug auf die

gnetisch-elektronischem Wege das Polstück (68) Kurbelwellenlage mit steigenden Drehzahlen um einen

in zwei magnetisch voneinander getrennte Teil- wachsenden Betrag vorverlegt.

stücke (107, 108) mit in Drehrichtung des Kraft- Der Eifindung lag nun die Aufgabe zugrunde, linienleitstücks (55) jeweils veränderlicher axialer Zündeinrichtungen der eingangs genannten Art so Länge unterteilt ist und daß das eine Teilstück (107) 30 zu vereinfachen, daß durch den Steuergenerator selbst mit dem die Induktionsspule (31) tragenden Kern auf magnetisch-elektronischem Wege eine Zündzeit-(65) und das andere Teilstück (108) mit einem nicht punktverstellung bewirkt wird und auf den Fliehkraftdurch die Induktionsspule (31) führenden Ableit- verstellef verzichtet werden kann,
stück (111) magnetisch leitend verbunden ist. ,_t Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, *

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch 35 daß das Polstück in zwei magnetisch voneinander gekennzeichnet, daß zur Erzielung bestimmter, getrennte Teilstücke mit in Drehrichtung des Kraftfür verschiedene Motortypen in Abhängigkeit von r. linienleitstücks jeweils veränderlicher axialer Länge der Kurbelwellendrehzahl η vorgeschriebener, auf unterteilt ist und daß das eine Teilstück mit dem die einen Kolbentotpunkt bezogener Zündverstellwin- Induktionsspule tragenden Kern und das andere kel φ = φ(τι) die jeweilige axiale Länge χ des mit 40 Teilstück mit einem nicht durch die Induktionsspule der Induktionsspule (31) gekoppelten Teilstücks führenden Ableitstück magnetisch leitend verbunden (107) sich mit in Drehrichtung des Kraftlinienleit- ist.

Stücks (55) zunehmendem Drehwinkel α gemäß der Bestimmte, für verschiedene Motortypen in AbDifferenzialgleichung hängigkeit von der Kurbelwellendrehzahl η vorge-

45 schriebene, auf einen Kolbentotpunkt bezogene Zünd-

d* __ _ 1 , Q verstellwinkel ψ = ψ(_η) lassen sich bei der erfindungs-

d_a Hi ) gemäßen Zündeinrichtung dadurch erzielen, daß

gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der

ändert, wenn η(_φγ die Umkehrfunktion der ge- Erfindung die jeweilige axiale Länge χ des mit der

wünschten Zündverstellfunktion <p(_U) und C eine 50 Induktionsspule gekoppelten Teilstücks sich mit in

Konstante ist. Drehrichtung des Kraftlinienleitstücks zunehmendem

3. Zündeinrichtung nach mindestens einem der Drehwinkel κ gemäß der Differentialgleichung
vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Unterdrückung des Wirbelstromeinflusses . ■,

die magnetisch leitenden Teile (55, 65, 101, 104, 55 = C

105, 107, 108 und 111) des Magnetkreises des da η_(φ)
Steuergenerators (30) oder mindestens die Teile

(107, 108) geblecht oder aus Fenitmaterial herge- ändert, wenn n^ die Umkehrfunktion der vorgestellt sind. schriebenen Zündverstellfunktion φ^) und C eine

60 Konstante ist.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben und erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 das elektrische Schaltbild der Zündeinrich-

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für 65 tung gemäß der Erfindung, schematisch,

Brennkraftmaschinen mit einer die Zündspannung F i g. 2 einen für einen Zweizylinder-Viertaktmotor

erzeugenden elektronischen Schaltvorrichtung und mit bestimmten magnetischen Steuergenerator gemäß der

einem zur Steuerung der elektronischen Schaltvor- Erfindung im axialen Längsschnitt,