DE1539172B1

DE1539172B1 - Signalgenerator fuer eine elektronische zuendanlage

Info

Publication number: DE1539172B1
Application number: DE19661539172
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl-Ing Hoehne; Gerhard Dipl-Ing Soehner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1966-08-27
Filing date: 1966-08-27
Publication date: 1972-03-09
Also published as: GB1200785A; US3473061A; AT275247B; SE330804B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Signalgenerator für. eine elektronische Zündanlage, hei dem in einem magnetischen Kreis ein an seinem Umfang Erhebungen aufweisender Rotor zwischen von e&eni magnetischen Gleichfeld durchfluteten Polen drehbar angeordnet ist und bei dem sich eine Induktionswicklung in dem magnetischen Kreis befindet, in die durch Drehen des Rotors Spannungsimpulse induziert werden.

Ein solcher Signalgenerator erzeugt in seiner Induktionswicklung eine Wechselspannung, die einen positiven und einen negativen Teil aufweist. Zur Steuerung einer elektronischen Zündanlage wird aber gewöhnlich nur eine Polarität dieser Wechselspannung, also entweder nur der positive oder nur der negative Teil benötigt. Der andere Teil mit der entgegengesetzten Polarität stört, denn wenn seine Spannung zu groß wird, kann er z. B. einen nachgeschalteten Halbleiterschalter zerstören.

Deshalb ist man bei den bekannten Signalgeneratoren in der Praxis gezwungen, Vorsorge gegen eine solche Zerstörung zu treffen. Hierfür kennt man im wesentlichen zwei Möglichkeiten: Entweder schaltet man parallel zur Induktionswicklung des Signalgenerators eine Diode, die einen Kurzschluß für den nicht benötigten Teil der Wechselspannung bildet.

ίο Dies bedeutet eine große Belastung des Signalgenerators und ergibt eine starke Ankerrückwirkung, die besonders bei hohen Drehzahlen eine unerwünschte Verstellung des Zündzeitpunkts in Richtung auf eine Spätzündung zur Folge hat. — Die andere Möglichkeit ist die, in Serie mit der Induktionswicklung eine Diode zu schalten, die nur den Teil der Wechselspannung durchläßt, der die gewünschte Polarität hat. Hierbei wirkt sich der Spannungsabfall an dieser Diode bei niedrigen Drehzahlen nachteilig aus. Ein sicheres Funktionieren der Zündanlage bei kleinen Drehzahlen ist wichtig, damit das Anlassen des Motors gewährleistet ist. Die Anlaßdrehzahl¹ kann bei g entladener Batterie oder tiefen Temperaturen be- \ sonders niedrig sein. Auch unter diesen Bedingungen muß ein Signalgenerator noch eine genügend große Spannung abgeben, damit eine Zündung eingeleitet wird. Durch die Serienschaltung einer Diode wird es aber schwieriger, diese Forderung zu erfüllen.

Es ist (nach der USA-Patentschrift 3 139 876) ein Signalgenerator bekannt, dessen Rotor mit sichelförmigen Leitstücken versehen ist, die während des Betriebes mit wachsendem Querschnitt durch das magnetische Feld hindurchbewegt werden. Die Sichelform der Leitstücke ist deshalb gewählt, damit man in der Induktionswicklung eine induzierte Spannung erhält, die bei ansteigender Drehzahl eine Vorverlegung des Zündzeitpunktes bewirkt. Um eine schädliche Auswirkung dieser induzierten Spannung zu verhindern, ist hier dem Signalgeber ebenfalls eine Schutzdiode nachgeschaltet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Signalgenerator zu schaffen, der bei den bekannten Vorteilen der kontaktlosen Aussteuerung eine möglichst geringe ungewollte Verstellung des Zündzeitpunktes in Rich- i tung.auf eine Spätzündung verursacht, der weiterhin auch bei niedriger Anlaßdrehzahl¹ noch eine genügend hohe Spannung an die Zündanlage abgibt und der einfach aufgebaut ist.

Dies wird bei einem Signalgenerator der eingangs erwähnten Gattung dadurch erreicht, daß der Rotor die Form einer Kreissäge hat, daß die auflaufenden Kanten der Sägezähne so geformt sind, daß sich der magnetische Fluß beim Vorbeidrehen dieser Kanten an den Polen etwa linear ändert und daß die Sägezähne an ihren steil ablaufenden Kanten leicht unterschnitten sind. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Signalgenerator für eine Vier-ZyKnder-Vier-Takt-Brennkraftmaschine nach der Linie I-I der F i g. 2,

F i g. 2 eine Vorderansicht des Signalgenerators, gesehen nach der Linie H-II der F i g. 1,

Fig. 3 eine Spannungskurve zur Erläuterung der Wirkungsweise des Signalgenerators und

F i g. 4 ein Schaltbild zur Erläuterung der Verwendung des Signalgenerators nach der Erfindung in einer Zündanlage.

Der in Fig. 1 dargestellte Signalgenerator besteht im wesentlichen aus einem feststehenden Teil bzw.

Stator 10 und einem Rotor 11, die zusammen einen magnetischen Kreis bilden. Der feststehende Teil 10 hat, wie in F i g. 2 dargestellt, eine zylindrische Außenfläche 12, weiterhin eine zylindrische Mittelbohrung 13 zum Durchführen einer Antriebswelle 14 und ist mit einer zur Antriebswelle 14 konzentrischen, an einer Längsseite offenen kreisförmigen Ausnehmung 15 versehen, die zur Aufnahme von zwei Wicklungen dient, nämlich einer Erregerwicklung 16 und einer Induktionswicklung 17, deren Anschlüsse 18, 19, 20, 21 nach außen geführt sind. Die zylindrische Außenfläche 12 setzt sich an vier um jeweils 90° gegeneinander versetzten Stellen in vier Pole 24 von etwa rechteckigem Querschnitt fort.

Auf der Antriebswelle 14 ist ein hohlzylindrisches Teil 25 befestigt, dessen Außendurchmesser nur wenig kleiner ist als der Durchmesser der Innenbohrung 13 und das sich in diese erstreckt. An seinem außerhalb der Innenbohrung 13 gelegenen Teil erweitert es sich zu einem Flansch 26, gegen den ein in axialer Fortsetzung des Teils 25 auf der Welle 14 aufgebrachtes zweites hohlzylindrisches Teil 27 aus mchtmagnetischem Material und ein zur Antriebswelle 14 gleichachsiger hohlzylinderförmiger Permanentmagnet 28 anliegen. An die in Fig. 1 als Nordpol gekennzeichnete Stirnseite des Permanentmagneten 28 schließt sich ein winkelabhängig den Luftspalt verändernder Rotor 29 an, der, wie in F i g. 2 dargestellt, im Schnitt die Form einer Kreissäge mit insgesamt vier hinterschnittenen Sägezähnen 30 aufweist.

Die Sägezähne 30 bilden am Umfang des Rotors 29 Erhebungen und Vertiefungen. Dabei ist jeweils •die Kante 33 eines Sägezahns 30, die im Betrieb, ■d. h. bei Drehung in der in Fig. 2 mit einem Pfeil angedeuteten Richtung, auf die Pole 24 zuläuft — im folgenden auflaufende Kante genannt — mit geringer Steigung ausgebildet, die andere Kante 34 dagegen, ■die im Betrieb von den Polen 24 wegläuft — im folgenden ablaufende Kante genannt — mit großer Steigung ausgebildet, und zwar in Form eines hinterschnittenen Sägezahns. Dabei ist wesentlich, daß sich ■die auflaufende Kante über mehr als die Hälfte des Abstandes zwischen den Spitzen zweier Sägezähne ■erstreckt. Zwischen der hinterschnittenen Kante 34 und der auflaufenden Kante 33 liegt dabei jeweils eine als Auskehlung ausgebildete Vertiefung 36, die sich im Sinne der Erfindung als sehr zweckmäßig erwiesen hat.

Der Permanentmagnet 28 ist in axialer Richtung polarisiert, wie das in Fig. 1 durch die BuchstabenN (Nordpol) und S (Südpol) angedeutet ist. Er erzeugt in dem magnetischen Kreis, der vom Stator 10 und ■dem Rotor 11 gebildet wird, einen magnetischen Fluß, von dem eine Feldlinie bei 35 angedeutet ist. Die Größe dieses Flusses ist davon abhängig, welche Lage der Rotor 11 im Verhältnis zum Stator einnimmt. Wird der Rotor aus der in F i g. 2 dargestellten Lage noch etwas in Pfeilrichtung weitergedreht, so stehen den Polen 24 die Vertiefungen 36 gegenüber, so daß der Luftspalt zwischen Stator und Rotor sehr groß ist und der Fluß klein wird. Wird der Rotor weitergedreht, so stehen den Polen 24 die auflaufenden Kanten 33 gegenüber, deren Steigung so bemessen ist, daß der Fluß mit dem Drehwinkel linear ansteigt und daß dieser lineare Anstieg klein ist, also nur eine kleine, konstante Spannung in der Induktionswicklung 17 induziert wird. Kurz vor der in Fig. 2 gezeigten Stellung erreicht der Fluß einen Höchstwert und fällt dann dank der Hinterschneidung der ablaufenden Kante 34 und der Vertiefung 36 wieder abrupt auf einen niedrigen Wert.

Die Flußänderungen induzieren in der Induktionswicklung 17 eine Wechselspannungu (Fig.3) mit unsymmetrischer Kurvenform, und zwar hat der eine Teil, der in Fig. 3 oberhalb der Abszissenachse liegt, in jedem Zeitpunkt nur einen kleinen, etwa konstanten Augenblickswert U₁ der Spannung u, während der unterhalb der Abszissenachse liegende Teil in einem bestimmten Zeitpunkt einen hohen Augenblickswert u₂ erreicht, der auch bei Belastung — in F i g. 3 durch die gestrichelte Kurve u' dargestellt — selbst bei Anlaßdrehzahl nicht unter einen Wert U_T absinkt, der zur Aussteuerung eines Transistors erforderlich ist.

Die Spannung u ist— abgesehen von der Ankerrückwirkung durch Wirbelströme — der Drehzahl proportional. Durch einen entsprechenden Erregerstrom in der Erregerwicklung 16 kann der Fluß entweder vergrößert oder verkleinert und damit auch die Größe der Spannung beeinflußt werden. Bei entsprechender Dimensionierung der Erregerwicklung kann auch ganz auf den Permanentmagneten verzichtet werden, wenn man ihn durch weichmagnetisches Material ersetzt.

In F i g. 4 ist die Schaltung einer elektronischen Zündanlage dargestellt. Sie dient lediglich zur Erläuterung der Verwendung des Signalgenerators nach der Erfindung in einer elektronischen Zündanlage.

Eine Batterie 40 ist mit ihrem Minuspol an Masse und mit ihrem Pluspol über einen Zündschalter 41 an eine Plusleitung 42 angeschlossen.

Die Zündanlage umfaßt eine Zündspule 43 mit einer Primärwicklung 44 und einer Sekundärwicklung 45, die beide einpolig an Masse angeschlossen sind. Der andere Pol der Sekundärwicklung 45 ist mit dem Läufer 46 eines Zündverteilers 47 verbunden, dessen vier feste Kontakte 48 jeweils an eine Zündkerze 49 angeschlossen sind. (Signalgenerator und Zündverteiler sind für eine vierzylindrige Maschine vorgesehen.)

Außerdem umfaßt die Zündanlage einen monostabilen Multivibrator mit zwei pnp-Transistoren 52, 53 sowie einen pnp-Leistungstransistor 54.

Die Basis des Multivibratortransistors 52 ist mit dem Anschluß 21 der Induktionswicklung 17 verbunden, deren anderer Anschluß 20 an der Plüsleitung 42 liegt. Der Emitter dieses Transistors ist über einen Widerstand 55 mit der Plusleitung 42 und über einen Widerstand 56 mit dem Emitter des Transistors 53 verbunden, der seinerseits mit der Basis des Leistungstransistors 54 sowie der einen Elektrode eines Kondensators 57 verbunden ist, dessen andere Elektrode an der Plusleitung 42 liegt.

Der Kollektor des Transistors 52 ist direkt mit der einen Elektrode eines Kondensators 58 sowie über einen Kollektorwiderstand 59 mit Masse verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators 58 ist an die Basis des Transistors 53 angeschlossen und über einen im Vergleich zum Widerstand 59 hochohrnigen Entladewiderstand 62 mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors 53 ist über einen Widerstand 63 mit Masse und über einen Widerstand 64 mit der Basis des Transistors 52 verbunden.

Der Emitter des Leistungstransistors 54 ist direkt mit der Plusleitung 42 sowie der Kathode einer Zenerdiode 65 verbunden, deren Anode am Kollek-

tor dieses Transistors liegt, welcher Kollektor über einen Widerstand 66 und die Primärwicklung 44 mit Masse verbunden ist.

Die Zündanlage nach Fig. 4 arbeitet wie folgt: Solange die Spannung« an der Induktionswicklung 17 positiv ist (d. h. die Basis des Transistors 52 positiver als sein Emitter ist), ist der Transistor 52 gesperrt und die Transistoren 53 und 54 sind leitend, so daß ein Strom durch die Primärwicklung 44 fließen und in dieser ein Magnetfeld aufbauen kann. Dabei ist in der Schaltung weder eine zur Wicklung 17 in Serie geschaltete Diode (in Fig. 4 bei 68 strichpunktiert angedeutet) noch eine zur Wicklung 17 parallelgeschaltete Diode (in Fig. 4 bei 67 strichpunktiert angedeutet) notwendig, wie das bisher in der Praxis erforderlich war, um die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 52 vor dem positiven Teil der Spannung u zu schützen, da nach der Erfindung dieser positive Teil dank der vorteilhaften Ausbildung des Signalgenerators 10, 11 niemals imzulässig hohe Werte annimmt. Dadurch entfällt die starke Belastung des Signalgenerators, wie sie durch die Diode 67 hervorgerufen würde, bzw. die Verschlechterung des Anlaßverhaltens, wie sie von der Diode 68 bewirkt würde.

Wird beim Durchlaufen der Sägezahnspitzen die Spannung u negativ, so wird beim Erreichen der Spannung TJ₁- (Fig. 3) der Transistor 52 leitend und die Transistoren 53 und 54 werden gesperrt, so daß der Strom zur Primärwicklung 44 unterbrochen und

ίο in der Sekundärwicklung 45 eine hohe Spannung induziert wird, die an der jeweils eingeschalteten Zündkerze 49 einen kräftigen Zündfunken erzeugt.

Nach einer durch den Kondensator 58 und den Entladewiderstand 62 bestimmten Zeit wird der Transistor 52 wieder nichtleitend und die Transistoren 53 und 54 werden wieder leitend, worauf ein neuer Zündvorgang eingeleitet werden kann.

Die Erfindung bringt also mit einfachen Mitteln eine wesentliche und ohne Mehrkosten zu verwirk-

ao lichende Verbesserung eines Signalgenerators für eine elektronische Zündanlage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Signalgenerator für eine elektronische Zündanlage, bei dem in einem magnetischen Kreis ein an seinem Umfang Erhebungen aufweisender Rotor zwischen von einem magnetischen Gleichfeld durchfluteten Polen drehbar angeordnet ist und bei dem sich eine Induktionswicklung in dem magnetischen Kreis befindet, in die durch Drehen des Rotors Spannungsimpulse induziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) die Form einer Kreissäge hat, daß die auflaufenden Kanten (33) der Sägezähne so geformt sind, daß sich der magnetische Fluß beim Vorbeidrehen dieser Kanten an den Polen etwa linear ändert und daß die Sägezähne (30) an ihren steil ablaufenden Kanten (34) leicht unterschnitten sind.

2. Signalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die auflaufenden Kanten (33) über mehr als die Hälfte des Abstandes zwischen den Spitzen zweier Sägezähne (30) erstrecken.

3. Signalgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ende der ablaufenden Kanten (34) und dem Beginn der auflaufenden Kanten (33) Vertiefungen (36) vorgesehen sind.

4. Signalgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im magnetischen Kreis ein_..Permanentmagnet (28) angeordnet ist.

5. Signalgenerätor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im magnetischen Kreis eine Erregerwicklung (16) angeordnet ist.

6. Signalgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (16) gleichachsig zur Antriebswelle (14) des Rotors (11) Hegt.

7. Signalgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionswicklung (17) gleichachsig zur Antriebswelle (14) des Rotors (11) liegt.