DE1639118B2

DE1639118B2 - Zündsystem fur Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE1639118B2
Application number: DE1639118A
Authority: DE
Inventors: Bob Orman East Longmeadow Mass. Burson (V.St.A.)
Original assignee: American Bosch Arma Corp
Current assignee: Ambac International Corp
Priority date: 1967-01-23
Filing date: 1968-01-23
Publication date: 1973-11-29
Also published as: DE1639118C3; US3464397A; GB1209691A; DE1639118A1; FR1553271A

Description

Aus der USA.-Patentschrift 3 277 875 ist ein Zündsystem für Verbrennungsmotoren mit einer Funkenzündeinrichtung und einer Einrichtung zum drehzahlabhängigen Verstellen des Zündzeitpunktes durch rein elektrische Mittel bekannt. Zur Erzeugung der Zündimpulse dient dabei eine Induktionseinrichtung, die eine drehfest eingebaute Spulenanordnung sowie eine Magnetkreisanordnung umfaßt, von der ein Teil an einem von dem Motor getriebenen umlaufenden Teil montiert ist. Bei jedem Umlauf des besagten Teils der Magnetkreisanordnung gibt die Induktionscinrichtung einen Zündimpuls ab, der mit steigender Drehzahl größer wird und infolge einer abgeschrägten Ausbildung der Polflächen des in der Spulenanordnung vorgesehenen Kerns immer früher beginnt.

Aus der französischen Patentschrift 1 369 469 ist es ferner bekannt, einen Ladungsspeicher mittels einer mit dem Motor gekoppelten Indukfionseinrichtung aufzuladen und mit Hilfe einer zweiten Magnetanordnung einen Schaltimpuls zu erzeugen, der den Ladungsspeicher zur Entladung über einen eine Funkenzündeinrichtung enthaltenden Entladekreis zu triggern.

Ferner ist es aus der schweizerischen Patentschrift 177 354 bekannt, eine Umschaltung des Zündzeitpunktes durch manuelle Einschaltung eines zweiten Satzes von Unterbrecherkontakten mittels eines Schalthebels willkürlich vorzunehmen.

Aus der deutschen Patentschrift 321 437 ist eine mechanische Zündregelung bekannt, bei der bei steigender Motordrehzahl eine Nockenscheibe derart verschoben wird, daß der Zündwinkel entsprechend verstellt wird.

Aus der USA.-Patentschrift 3 358065 und ähnlich aus der japanischen Patentveröffentlichung 14 321/ 1965 sind ferner Zündeinrichtungen bekannt, bei denen die Impulse zweier getrennter Wicklungen miteinander kombiniert werden und der so erzeugte gemeinsame Impuls infolge seiner bei steigender Motordrehzahl sich ändernden Impulsform eine allmähliche Vorverlegung des Zündzeitpunkts bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Zweipunkt-Zündung mit rein elektrischen Mitteln durch eine möglichst einfache Schaltung zu schaffen.

Eine solche Zweipunkt-Zündung ist insbesondere bei von Hand gestarteten Motoren, beispielsweise für Gartengeräte, Schneepflüge, Bootsmotoren u. dgl., von Nutzen, wo es darauf ankommt, daß der Zündfunke bei den ersten Motorumdrehungen während des Starts nicht zu früh auftritt und etwa zu einem für die Bedienungsperson gefährlichen »Zurückschlagen« der Kurbelwelle führt. Nach dem Starten und Erreichen der Nenndrehzahl soll dann der für optimale Leistungsentfaltung vorverlegte Zündfunke erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird mit einem Zündsystem nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Danach werden von den

beiden vorhandenen Induktionseinrichtungen zwei Schaltimpulse nacheinander erzeugt, die auf Grund der bei steigender Drehzahl höheren Magnetflußänderung zunehmen. Bei einer entsprechend unterschiedlichen Ausbildung der Induktionseinrichtungen kann erreicht werden, daß der zweite Impuls immer größer ist als der erste. Wird nun ein Schwellenwert für die Triggerung des Schaltereiemems entsprechend der gewünschten Drehzahlschwelle gewählt, so überschreitet in einem unteren Drehzahlbereich nur der zweite größere Impuls den Schwellenwert, während bei steigender Drehzahl und der damit verbundenen Zunahme der Amplitude beider Impulse oberhalb der Drehzahlschwelle auch der erste Impuls die Schwelle überschreitet und damit wirksam wird.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zündsystems in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Teil des Systems nach Fig. 1 gemäß einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 3 einen Teil des Systems nach Fig. 1 gemäß einer weiteren Variante,

F i g. 4 bis 8 die gegenseitige Stellung von Schwungrad, Magneten und Wicklungen, die Bestandteile der Anlage nach Fig. 1 bilden, in aufeinanderfolgenden Betriebsphasen in schematischer Darstellung,

Fig. 9 ein weiteres Ausführungrbeispiel eines Zündsystems in schematischer Teildarstellung,

Fig. 10a, 10b, 10c, 1Od idealisierte Impulsdiagramme an verschiedenen Teilen des Systems nach Fig. 1 während einzelner Bewegungsintervalle der Magnete, und

Fig. 11a, lib, lic. Hd idealisierte Impulsdiagramme ähnlich Fig. 10 zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Systems nach Fig. 9.

Das System nach Fig. 1 ist zur Verwendung bei einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine bestimmt, bei der es sich um einen üblichen Vergasermotor handeln kann. Zum Zwecke einer besseren Darstellung sei angenommen, daß es sich um einen Viertaktmotor mit einem Zylinder handelt, welcher mit einer zugeordneten Zündkerze zur Zündung des brennbaren Kraftstoffgemisches in dem Zylinder versehen ist. Wie bei Zündanlagen üblich, kann die Zündkerze zur Erzeugung einer ausreichenden Zündspannung mit einer Zündspule verbunden sein. Im vorliegenden Fall ist hierfür ein Aufwärtstransformator 10 mit einer Primärwicklung 12 und einer Sekundärwicklung 14 vorgesehen, welcher einer Zündkerze 16 zugeordnet ist. In der Primärwicklung des Transformators fließender Strom induziert eine Hochspannung in der Sekundärwicklung, welche zur Zündung der Zündkerze ausreicht, deren einer Anschluß elektrisch gemaßt ist und deren anderer an dem heißen Ende der Sekundärwicklung 14 liegt.

Die zur Zündung der Zündkerze verwendeten Spannungsimpulse werden durch einen Magnetinduktionsgeneralor 20 erzeugt, welcher ein einen magnetischen Fluß erzeugendes Bauelement an einem Rotor und eine Wicklung an einem Stator aufweist. Der Generator umfaßt insbesondere einen Rotor 22 mit einem Paar Permanentmagnete 24, 26 (Nord- und Südpole sind daran angegeben) und ein Maschinenschwungrad 28 mit einer zylindrischen Innenfläche 28a, an der die Magnete 24, 26 angebracht sind. Der Magnet 26 ist so angeordnet, daß er an den freiliegenden Polflächen die umgekehrte Magnetfluß-Polarität erzeugt. Das Schwungrad ist auf einer Kurbelwelle 30 (F i g. 4) verriegelt und dient vorzugsweise zur Lagerung der Magnete, weil es einen verhältnismäßig langen Umlaufweg für die Magnete und eine hohe Geschwindigkeit der den Fluß erzeugenden Magnete zur Induzierung der gewünschten Spannungimpulse in Wicklungsanordnungen ermöglicht, welche an undrehbaren Bauelementen längs des Weges der Magnete angeordnet sind. Es können auch andere Teile der Maschine zur Lagerung der den Fluß erzeugenden Magnete verwendet werden, sofern dies gewünscht wird. Die richtige Zeitsteuerung zur Zündung des Kraftstoffgemisches in einem Maschinenzylinder wird geregelt, indem das Schwungrad synchron mit der Kurbelwelle rotiert, was die richtige Beziehung zv.'i-

. sehen dem die Kolben treibenden rotierenden System und dem Auftreten jedes zum Zünden der Zündanlage gelieferten Impulses ergibt.

Gemäß F i g. 1 dreht sich die aus dem Schwungrad und dem Magneten bestehende Anordnung dicht neben einer Statorwicklungsanordnung 32, weiche gegenüber dem Schwungrad an dem Maschinengestell ortsfest gelagert ist. Die Statorwicklungsanordnung 32 kann ein allgemein E-förmiges, nahe der Innenfläche 28a des Schwungrades angeordnetes Statorglied 33 umfassen, dessen Schenkel in dichte Nähe zu dem Umlaufweg der Magnete vorragen, so daß sie diesen bei jeder Umdrehung des Schwungrades nahe kommen und dabei einen Magnetkreis schließen. Der Abstand der Schenkel des E-förmigen Stators entspricht grundsätzlich dem Abstand zwischen den Magneten 24, 26 an dem Schwungrad.

Eine erste Ausgangswicklung 34 des Magnetinduktionsgenerators ist auf den zentralen Schenkel des E-förmigen Statorgliedes gewickelt. Die Ausführung des Statorgliedes aus einem Stück und mit einer allgemeinen Ε-Form ergibt5sich wahlweise durch entsprechende Auslegung. Wenn das Schwungrad und der Magnet um die Achse der Kurbelwelle der Maschine rotieren, wird ein magnetischer Wechselfluß in dem Statorglied induziert, was zum Aufbau und Abbau von Kraftlinien in der ersten Ausgangswicklung 34 nebst darin erfolgender Erzeugung tiner induzierten Spannung führt. Spannungen von abwechselnd entgegengesetzter Polung sowie in unmittelbarer Aufeinanderfolge werden in der ersten Ausgangswicklung 34 einmal bei jeder vollständigen Umdrehung des Schwungrades induziert, was einer Drehung des Schwungrades auf der Kurbelwelle um 360° entspricht.

Die Spannungsimpulse der ernten Ausgangswicklung werden gleichgerichtet, um in einem Kondensator 40 oder einem anderen geeigneten Speicher bei dessen Aufladung Spannungsimpulse einer bestimmten Polung zu speichern. Zur Erzielung der Gleichrichtung ist hierbei ein Ende der Ausgangswicklung gemaßt und das andere Ende mit der Anode einer Diode 42 verbunden, deren Kathode andern Kondensator 40 liegt. Die positiven Spannungsimpulse an dem Kondensator 40 werden durch die Diode 42 an einer Entladung gehindert, um die Ladung an dem Kondensator bis zu einem bestimmten Zeitpunkt aufrecht zu erhalten, an dem der Kondensator durch die Zündeinrichtung entladen wird. Die an der ersten Ausgangswicklung 34 durch die Magnete erzeugten negativen Impulse werden durch die Diode 42 davon abgehalten, eine Spannung an dem Kondensator 40 aufzu-

bauen und werden in einer an der Wicklung 34 liegenden Schaltung absorbiert. Diese letztere Schaltung umfaßt eine Diode 44, deren Kathode zwischen der Ausgangswicklung und der Diode 42 liegt, und einen Widerstand 46, welcher die Anode der Diode 44 mit Masse verbindet. Der Kondensator 40 wird durch positive Impulse der Wickiung über die Diode 42 aufgeladen, sofern nicht ein Kurzschlußschalter 50 geschlossen wird, welcher die normalerweise aufgeladene Seite des Kondensators mit Masse verbindet, so daß beide Seiten des Kondensators gemaßt sind und keine Ladung möglich ist.

Der Speicherkondensator 40 liegt elektrisch an der Primärwicklung 12 des Abwärtstransformators 10 über einen gesteuerten Schalter 52 zur Erzeugung eines Zündimpulses für die Zündkerze 16. Im vorliegenden Fall umfaßt der Schalter 52 vorzugsweise einen gesteuerten Siliziumgleichrichter bzw. Thyristor, dessen Anode an dem heißen Ende des Kondensators 40 und dessen Kathode mit der Primärwicklung 12 verbunden ist. Eine Steuerelektrode 52a spricht auf ein Steuersignal zur Zündung des Thyristors an, welcher alsdann wie ein geschlossener Schalter wirkt und einen Stromkreis zwischen dem Kondensator sowie dem Transformator schließt, so daß Strom von dem geladenen Kondensator zu dem Transformator fließt, um die Zündkerze in üblicher Weise zu zünden.

Das Steuersignal für den Thyristor 52 wird durch einen Trigger- oder Tastinduktionsgenerator 54 erzeugt und liegt als positives Potential zwischen der Steuerelektrode sowie der Kathode des Thyristors 50. Ein einen Magnetfluß erzeugendes Bauelement zur Tastung des Tastinduktionsgenerators 54 umfaßt ebenfalls die Magnete 24, 26 an dem Schwungrad. Im vorliegenden Fall werden die Magnete in dichter Nähe zu einer zweiten und dritten Wicklung 56 bzw. 58 gedreht, welche auf einem gemeinsamen Kernstatorglicd 60 angebracht sind, das mit den Magneten einen geschlossenen Magnetkreis bildet und an dem Maschinengestell durch geeignete Bauelemente längs des Laufweges der Magnete befestigt sein kann. Wenn das Schwungrad die Magnete dreht, steigt jeweils zuerst der Magnetfluß durch den Kern 60 und nimmt danach ab, was eine induzierte Spannung in jeder der Wicklungen 56, 58 des Kerns 60 erzeugt. Gemäß Fig. 1 sind die Wicklungen 56, 58gegensinnig ausgelegt, so daß bei Induzierung eines positiven Impulses oder Steuersignals in einer der Wicklungen ein negativer Impuls oder ein negatives Steuersignal in der anderen Wicklung induziert wird. Ein Ende 56a, 58« der Wicklungen 56 bzw. 58 liegt an einem gemeinsamen Anschluß, welcher mit der Steuerelektrode 52a des Thyristors 52 verbunden ist. Die anderen Enden 56b, 58b der Wicklung 56 bzw. 58 liegen über besondere Gleichrichter an der Kathode des Thyristors 52, um während abwechselnd aufeinanderfolgender Intervalle ein Steuersignal gleicher Polung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode zu erzeugen, wenn die Magnete an dem Kernglied 60 vorbeilaufen. Das Ende 56b der Wicklung 56 ist mit der Kathode einer Diode 62 verbunden, deren Anode an der Kathode des Thyristors 52 liegt; das Ende 58b der Wicklung 58 liegt an der Kathode einer Diode 64. Die Anode der Diode 64 ist mit der Anode einer Zenerdiode 66 verbunden, deren Kathode an der Kathode des Thyristors 52 liegt.

Die zweite und dritte Wicklung 56 bzw. 58 und deren zugeordnete Stromkreise, welche mit der Steuerelektrode des Thyristors 52 verbunden sind, bewirker das Auftreten eines Zündfunkens an der Zündeinrichtung in unterschiedlichen Intervallen gemäß dei Maschinendrehzahl. Die dritte Wicklung 58 und deren Stromkreis ergibt eine Zeitsteuerung zur Regulierung der Zeit, in welcher das Schalterelement eine Verbindung des Kondensators mit der Zündeinrichtung bewirkt, wobei insbesondere ein Frühzündfunken zur Zündung der Zündkerze bei Maschinendrehzahlen

ίο oberhalb eines bestimmten Wertes erzeugt wird. Das Bauelement zur Regulierung der wechselnden Betätigung der Schalterelemente durch das Steuersignal der Wicklung 56 oder das Steuersignal der Wicklung 58 gemäß der Maschinendrehzahl stellt die in dem Stromkreis der Wicklung 58 liegende Zenerdiode dar. Diese begrenzt das Steuersignal der Wicklung 58 derart, daß diese den Thyristor 52 nicht zu zünden vermag, bis die Maschine eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, wie dies nachfolgend noch näher erläutert ist. Die Mittel zur Regulierung der wechselnden Betätigung des Schalterelementes durch das Steuersignal der Wicklung 56 oder der Wicklung 58 ergeben sich durch Auslegung der Wicklung 56 mit mehr Windungen als die Wicklung 58, so daß die Maschine eine bestimmte Drehzahl erreichen muß, bevor das Steuersignal der Wicklung 58 einen ausreichenden Wert besitzt, um eine Zündung des Thyristors 52.herbeizuführen. Bei dieser letzteren Anordnung könnte die Zenerdiode 66 weggelassen werden, jedoch ist diese zum Zwecke eines optimalen Arbeitens bzw. zur Schaffung einer definierten Drehzahl, bei welcher eine Frühzündung auftritt, bevorzugt vorgesehen.

Wenn die Zündanlage nach Fig. 1 mit niedriger Maschinendrehzahl arbeitet, erreichen die an dem Schwungrad angebrachten Permanentmagnete (das Schwungrad soll sich gemäß Fig. 1 in Uhrzeigerrichtung drehen) die Wicklungsanordnung 32, wenn der Kolben bich einer Stelle nähert, an welcher die zugeordnete Zündkerze zu zünden ist. Wenn die vorlaufende Kante des einen Magnetfluß einer Polarität erzeugenden Magneten 24 sich von dem Punkt T_r zu dem Punkt T₁ während des Zeitintervalls A nach Fig. 1 bewegt, wird eine negative Spannung in der ersten Ausgangswicklung 34 induziert. Der in der Ausgangswicklung 34 induzierte negative Impuls wird durch die Diode 42 daran gehindert, den Kondensator 40 aufzuladen.

Wenn die vorlaufende Kante des Magneten 24 sich von dem Punkt T₁ nach Fi g. 1 zu dem Punkt T₂ nach

Fig. 4 bewegt hat (siehe das Intervall B in Fig. 4), tritt eine Flußumkehr in der Ausgangswicklung 34 auf, so da3 eine maximale positive Spannung in der Ausgangswicklung induziert wird. Eine positive Spannung wird in der Wicklung induziert, wenn deren Ende 34« gegenüber dem Ende 34b positiv ist. In diesem Fall kann ein positiver Strom von der Wicklung durch die Diode 42 zu dem Kondensator 40 fließen, um diesen aufzuladen, jedoch nicht durch das Schalterelement 52, da dieses in wirksamer Weise geöffnet ist und keinen Strom leitet.

Die Impulsdiagramme nach Fig. 10a bis 1Od zeigen die auftretende Spannung bei der Bewegung des Magneten 24 zwischen den Punkten T_r und T₁ bzw. T₁ und T₂ bzw. T₂ und T₃ bzw. T₃ und T₄ bzw. T₄

und T₅ bzw. T₅ und T₆, was Intervallen A, B, C, D, E bzw. F in Fig. 1, 4, 5, 6, 7 bzw. 8 entspricht. Die gezeigten Wellenformen sind idealisiert dargestellt, um den grundsätzlichen Effekt der betrachteten

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Spannungen zu zeigen. Insbesondere zeigt die durchgezogene Kurve V_x nach Fig. 10a die Spannung an dem Ladekondensator 40, welche in Fig. 1 mit V_x bezeichnet ist. Die durchgezogene Kurve V₂ nach Fig. 10b zeigl die Spannung an der Wicklung 56 gemäß der angegebenen Spannung V₂ in Fig. 1. In Fig. 10 c stellt die durchgezogene Kurve K₃ die Spannung an der Wicklung 58 gemäß der in F i g. 1 angegebenen Spannung V₃ dar. Die gestrichelte Linie über dem Nullspannungspegel nach Fig. 10c zeigt die Spannung an, welche an der Wicklung 58 induziert werden muß, bevor die Zenerdiode 66 stromdurchlässig wird, um einen positiven Stromfluß von der Wicklung 58 zu der Steuerelektrode 52a zu ermöglichen. In Fig. 1Od stellt die durchgezogene Kurve V₄ die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors 52 gemäß der in Fig. 1 veranschaulichten Spannung V₄ dar. Die gestrichelte Linie oberhalb des Nullspannungspegels in Fig. 1Od zeigt die zwischen der Steuerelektrode und der Kathode zu erreichende Spannung an, bevor der Thyristor gezündet wird, um den geladenen Kondensator mit der Zündeinrichtung zu verbinden. Die durchgezogenen Kurven V_x bis V₄ gemäß Fig. 10a bis 1Od stellen die aufeinanderfolgenden Spannungen dar, welche an den entsprechend bezeichneten Punkten der Schaltung nach Fig. 1 bei niedriger Maschinendrehzahl auftreten. Gestrichelt gezeichnete Kurven V_x, V₂, V₃, V₄ stellen aufeinanderfolgende Spannungen dar, welche an entsprechenden Punkten V_x bis V₄ nach Fig. 1 bei hohen Maschinendrehzahlen auftreten.

Wenn sich die Magnete auf dem Schwungrad bei niedrigen Maschinendrehzahlen in dem Intervall B von der Stellung nach Fig. 1 zu derjenigen nach Fi g. 4 bewegen, bewirkt die in der Ausgangswicklung 34 induzierte positive Spannung einen Stromfluß zu dem Kondensator 40, wobei dieser während des Intervalls B auf eine Spannung entsprechend der Kurve V_x nach Fig. 10a aufgeladen wird.

Während des Intervalls C bewegen sich die Permanentmagnete auf dem Schwungrad von Stellung gemäß F i g. 4 in die Stellung gemäß F i g. 5, wo die Magnete sich den Wicklungen 56, 58 annähern. Wenn die Magnete aus der Stellung nach Fig. 5 in die Stellung nach F ig. 6 bewegt werden, was dem Intervall D entspricht, werden eine negative Spannung an der Wicklung 56 und eine positive Spannung an der Wicklung 58 induziert, wobei der Magnet 24 in den Wicklungen einen Magnetfluß einer Polarität erzeugt. Die Wicklungen 56, 58 sind gegensinnig auf das gemeinsame Statorglied gewickelt, so daß bei Induzierung eines positiven Impulses in einer Wicklung ein Impuls entgegengesetzter Polung in der anderen Wicklung induziert wird. Während des Intervalls D wird in der Wicklung 56 eine negative Spannung gemäß der durchgezogenen Kurve V₁ in Fig. 10b induziert. Gleichzeitig wird in der Wicklung 58 eine positive Spannung gemäß der durchgezogenen Kurve V₃ nach Fig. 10cinduziert. Die in der Wicklung56 induzierte negative Spannung wird an der Verursachung eines Stromflusses in ihrem Stromkreis durch die Diode 62 gehindert. Die Zenerdiode 66 in dem Stromkreis der Wicklung 58 sperrt einen Strom, bis eine bestimmte Spannung in dieser Wicklung induziert wird. Da die in der Wicklung 58 während des Intervalls D induzierte Spannung gemäß der Kurve V₃ das bestimmte Spannungspotential, das erforderlich ist, damit durch die Zenerdiode Strom fließt, nicht überschreitet, liegt während dieses Intervalls kein Spannungspotential von der Wicklung 58 zwischen der Steuerelektrode 52a und der Kathode des Gleichrichters 52, wie dies in Fig. 1Od angegeben ist.

Wenn sich die Magnete auf dem Schwungrad 28 von der Stellung nach Fig. 6 in diejenige nach Fig. 7 entsprechend dem Intervall E bewegen, tritt eine Flußumkehr in den Wicklungen 56, 58 auf, wobei im Ergebnis eine positive Spannung in der Wicklung 56 ίο und eine negative Spannung in der Wicklung 58 induziert werden, wie dies den Kurven V₂, V₃ während des Intervalles E gemäß Fig. 10b, 10c entspricht. Die an der Wicklung 58 induzierte negative Spannung wird durch die Diode 64 daran gehindert, einen Stromfluß in ihrem Stromkreis zu erzeugen. Die in der Wicklung 56 induzierte positive Spannung (das Ende 56a ist positiv gegenüber dem entgegengesetzten Wicklungsende) bewirkt jedoch einen Stromfluß durch die Diode 62, wobei die Steuerelektrode gegenüber der Kathode des Thyristors 52 positiv gehalten wird.

In diesem Fall liegt die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors oberhalb der Zündspannung des Thyristors, wie sich aus der Kurve V_A während des Intervalls E (Fig. lOd) ergibt, so daß der Thyristor eingeschaltet wird, und den Kondensator mit dem Transformator 10 verbindet. Zu dieser Zeit entlädt sich der geladene Kondensator 40 plötzlich, was einen Stromfluß durch den Thyristor in der Primärwicklung des Transformators ergibt und einen Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung des Transformators zwecks Zündung der Zündkerzen 16 auslöst.

Während des Intervalls F werden die Magnete aus der Stellung nach Fig. 7 in diejenige nach Fig. 8 bewegt. Hierbei werden geringe Spannungen entgegengesetzter Polung entsprechend denjenigen in dem Intervall D in den Wicklungen 56, 58 induziert, jedoch haben diese Spannungen keine Wirkung auf den Betrieb der Anlage, da der Kondensator zur Zündung der Zündkerze entladen ist. Das Schwungrad mit den zugeordneten Magneten dreht sich danach wiederum in eine Stellung gemäß Fig. 1, worauf sich der angegebene Zyklus wiederholt.

Die Wirkungsweise der Anlage für schnelle Maschinendrehzahlen ist ähnlich derjenigen bei langsamen Drehzahlen. Bei hohen Maschinendrehzahlen ist es günstig, einen Frühzündfunken zur Zündung der Zündkerze beim Verdichtungshub des Kolbens vor dem Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbenhubes zu erzeugen. Bei niedriger Drehzahl erfolgt eine Zündung während des Intervalls E, und die in der Wicklung 58 während des vorangehenden Intervalls D erzeugte Spannung reicht nicht aus, um das Schalterelement zur Zündung der Zündkerze zu betätigen. Bei hoher Maschinendrehzahl dreht sich das Schwungrad indessen schneller, so daß die zeitliche Änderung der Flußlinien der Magnete durch die Wicklungen 56,58 größer ist und höhere Spannungen in den Wicklungen erzeugt werden. Bei hoher Maschinendrehzahl ist die während des Intervalls D nach Fig. 6 in der Wicklung 58 erzeugte Spannung größer und liegt oberhalb der Druchbruchspannung der Zenerdiode 66, wie dies in Fig. 10c durch den Span-

nungsverlauf V₃ im Intervall D gezeigt ist. Diese in der Wicklung 58 erzeugte gesteigerte Spannung reicht aus, um das notwendige positive Potential an der Steuerelektrode 52a des Thyristors 52 aufzubauen

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und diesen zu zünden, wie dies in F i g. 1Od durch den Spannungsverlauf V\ im Intervall D gezeigt ist, so daß der Kondensator 40 sich über den Gleichrichter und die Primärwicklung des Transformators zwecks Zündung der Zündkerze während des Intervalls D entladen kann. Die gesteigerten, in den Wicklungen induzierten Spannungen ergeben sich aus Fig. 10b und 10 c gemäß den gestrichelten Kurven V₂ und V₃ während des Intervalls D, während die am Kondensator und zwischen Steuerelektrode und Kathode des Gleichrichters 52 liegenden erhöhten Spannungen in denFig. lOabzw. 1Od durch die gestrichelten Kurven V\ bzw. V'_A dargestellt sind. Beim Betrieb mit hoher Drehzahl reichen die während der Intervalle E, F in den Wicklungen 56, 58 induzierten Spannungen nach erfolgter Betätigung des Thyristors während des Intervalls D auch aus, um diesen zu betätigen, jedoch hat dies, da der Kondensator bereits vorangehend entladen wurde, keinen Einfluß auf die Zündeinrichtung.

Gemäß der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 2 stellt der Tastinduktionsgenerator zur Zündung des Thyristors 52 eine vereinfachte Ausführungsform dar, wobei lediglich eine Tastwicklung vorgesehen ist. Diese Ausführungsform kann bei Maschinen verwendet werden, welche ohne Früh- und Spätzündung in geeigneter Weise betrieben werden können, wobei die Anlage unter dem Gesichtspunkt einer robusten Ausbildung und Verwendung weniger Teile ausgelegt ist, um ein wenig aufwendiges System sowie einen leichten Zusammenbau desselben zu erzielen. Die Ausführungsform nach Fig. 2 kann anstelle des in dem gestrichelten Kasten 54 nach Fi g. 1 zusammengefaßten Teiles der Anlage angeordnet werden. Der Tastinduktionsgenerator nach Fig. 2 umfaßt einen Statorkern 100 mit einer darauf befindlichen Wicklung 102. Eine Diode 104 zur Gleichrichtung des Signals der Wicklung 102 liegt in Reihe mit einem Ende der Wicklung, wobei die Wicklung 102 mit der Kathode des Thyristors 52 (F i g. 1) verbunden ist. Das andere Ende der Wicklung 102 liegt an der Steuerelektrode des Thyristors 52.

Die Wirkungsweise der Wicklung 102 sowie der Diode 104 nach F i g. 2 ist gleich derjenigen der Wicklung 56 sowie der Diode 62 nach Fig. 1. Wenn die Magnete an dem Schwungrad sich nach der Aufladung des Kondensators der Wicklung 102 nähern, wird eine negative Spannung in der Wicklung 102 induziert, so daß das Ende 102a der Wicklung 102 gegenüber dem anderen Ende negativ wird. Die in der Wicklung induzierte negative Spannung bewirkt keinen Stromfluß in dem Stromkreis, da die Diode 104 in der gezeigten Verbindung keinen Strom leitet. Wenn das Schwungrad die Drehung der Magnete fortsetzt, wird eine positive Spannung in der Wicklung 102 induziert, wobei das Ende 102a der Wicklung gegenüber dem anderen Ende positiv wird, so daß ein Strom indem Stromkreis durch die Diode 104 fließt. Die Spannung an der Steuerelektrode reicht aus, um den Thyristor zu zünden und eine Entladung des Kondensators zwecks Zündung der Zündkerze zu ermöglichen. Die in der Wicklung 102 während dieses Intervalles induzierte positive Spannung besitzt eine Form ähnlich rier Kurve V₂ während des Intervalls E nach Fig. 10b, um den Thyristor zu schalten und stromleitend zu machen. Dieser Zyklus wiederholt sich bei jeder Umdrehung des Schwungrades zur Zündung der Zündkerze.

Gemäß der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Induktionsgenerator insofern vereinfacht, als er lediglich eine Tastwicklung 110 ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 2 aufweist. Der Tastinduktionsgenerator nach Fig. 3 liefert somit keine Früh- und Spätzündsignale für die Zündkerze sondern beinhaltet lediglich eine andere Anordnung zur Verbindung der Diode, welche der einzigen Tastwicklung zugeordnet ist. Das Teilsystem nach Fig. 3 dient zum Ersatz des entsprechenden Teilsystems nach Fig. 1

ίο innerhalb des gestrichelten Kastens 54. In diesem Fall befindet sich die Wicklung 110 auf einem Statorkernglied 111, welches an dem Maschinengestell durch geeignete Bauelemente befestigt sein kann. Die Wicklung ist mit dem Thyristor (Fig. 1) verbunden, indem das Ende 110a der Wicklung an die Steuerelektrode und das Ende HOb an die Kathode des Thyristors angeschlossen sind. An der Wicklung 110 liegt eine Diode 112, deren Anode an der Seite HOb und deren Kathode mit der Seite HOa der Wicklung 110 verbunden ist.

Wenn die Magnete an dem Schwungrad sich dem Kernglied annähern, auf welchem sich die Wicklung 110 befindet, nachdem der Kondensator 40 aufgeladen wurde, erfolgt die Induzierung einer negativen Spannung in der Wicklung 110, wobei das Wicklungsende HOa gegenüber dem Ende 110b negativ wird. In diesem Fall ermöglicht die Diode 112 einen Stromfhiß zur Kurzschließung der Wicklung 110. Wenn die Magnete an dem Schwungrad weiter gedreht werden, wird eine positive Spannung in der Wicklung 110 induziert. Wenn dies erfolgt, befindet sich die Diode 112 in ihrem nichtleitenden Zustand, und die Steuerelektrode des Thyristors wird positiv gegenüber der Kathode, um den Thyristor zu schalten und den Kondensator durch den Transformator zwecks Zündung der Zündkerze zu entladen. Die in der Wicklung 110 während dieses Intervalls induzierte Spannung besitzt eine Form ähnlich der Kurve V₂ während des Intervalls E nach Fig. 10b, um eine genügende Spannung

zur Schaltung des Thyristors sowie zur Weiterleitung von Strom von dem Kondensator zu schaffen.

Beider Ausführungsform nach F ig. 9 sind ähnliche Teile gegenüber Fig. 1 mit gleichen Bezugsziffern, jedoch zusätzlich mit einem Indexstrich versehen. Der Hauptunterschied zwischen den Ausführungsformen nach F i g. 1 und 9 liegt in dem Aufbau des Tastinduktionsgenerators 54' nach Fig. 9 zur Erzeugung einer Früh- und Spätzündung des Zündsystems gemäß dem gerade bevorzugten Betrieb der Maschine. Im vorlk· genden Fall umfaßt der Tastinduktionsgenerator 54 eine/weite Induktionswicklung 120, weiche auf einem Statorkem 122 angebracht ist, der an dem Maschinengestell in geeigneter Weise befestigt sein kann. Die Statoranordnung 122 mit der Wicklung 120 befindel

sich gegenüber der ersten Ausgangswicklung 34' in einem Abstand an einer Stelle längs des Laufweges des Schwungrades, so daß eine Zusammenwirkung mil den Magneten zwecks Erzeugung eines Steuersignali zur Schaltung des Thyristors 52' gewonnen wird, wo-

bei hierdurch die Zündkerze in dem Maschinenzylinder nahe dem oberen Kolbentotpunkt gezündet werden kann.

Der Tastinduktionsgenerator 54' ist mit einer dritten Induktionswicklung auf einem Statorkem 12i versehen, welche an dem Maschinengestell durch geeignete Bauelemente befestigt sein kann. Die dritte Wicklung 124 auf dem Kern 126 wird verwendet, um einen Frühzündfunken für die Zündeinrichtung bei

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hohen Maschinendrehzahlen zu erzeugen, wobei sich eine bessere Zeitsteuerung des Zündens der Zündkerze ergibt. Die dritte Wicklung 124 kann an einer Stelle in einem Bereich angeordnet sein, welcher sich zwischen den Positionen der ersten und zweiten Wicklung sowie diese eingeschlossen erstrecken kann, um den Frühzündfunken zu erzeugen. Gemäß F i g. 1 sind beispielsweise zwei Tastinduktionswicklungen 56, 58 auf einem gemeinsamen Statorkern angebracht, wogegen gemäß Fig. 9 die dritte Wicklung 124 zur Erzeugung des Frühzündfunkens auf dem Weg der Magnete allgemein zwischen der ersten Wicklung 34' und der zweiten Wicklung 120 angeordnet ist. Die Feinsteuerung zur Erzeugung des Spätzünd- und Frühzündfunkens zwecks Zündung der Zündeinrichtung kann durch eine relative Lageverschiebung der Ausgangswicklung 34', der Wicklung 120 sowie der Wicklung 124 justiert werden. Die Regulierung der Betätigung des Thyristors 52', wahlweise durch das Steuersignal der zweiten oder dritten Wicklung 124, wird erreicht, indem die Wicklung 124 weniger Windungen als die Wicklung 120 aufweist, so daß die Maschine eine bestimmte Drehzahl erreichen muß, bevor das Steuersignal der dritten Wicklung 124 ein ausreichendes Potential aufweist, um eine Schaltung des Gleichrichters 52' des Frühzündfunkens zu bewirken.

Die Wicklungen 120,124 liegen in dem Generatorstromkreis 54', wobei das Ende 120a der Wicklung 120 und das Ende 124a der Wicklung 124 zusammen an einem Anschluß liegen, welcher mit der Steuerelektrode 52a des Thyristors 52 verbunden ist. Das andere Ende 120i> der Wicklung 120 liegt am Minuspol der Diode 128, deren Pluspol mit der Kathode des Thyristors 52' verbunden ist. Das andere Ende 124£> der Wicklung 124 liegt an dem Minuspol der Diode 130, die am Pluspol mit der Kathode des Thyristors 52' verbunden ist.

Die in F i g. lla, lib, lic, lld veranschaulichten Kurven entsprechen denjenigen nach Fig. 10a bis 1Od und zeigen den idealisierten Verlauf von Spannungen, um den grundsätzlichen Effekt der Spannungen an verschiedenen Bauelementen der Schaltung nach Fig. 9 während aufeinanderfolgender Intervalle zu zeigen, wenn sich das Zentrum des Magneten 24' von einem Punkt T'_r zu einem Punkt T\ bzw. von T₁ nach T₂ b/w. T₂ nach Γ, bzw. T, nach Γ, bzw. T₄ nach 7", bzw. 7'₅ nach T'_h bzw. 7"₆ nach T₁ bzw. T₁ nach T\ bewegen, was Intervallen A\ B'. C", D', E", F. C bzw. H' in Fig. 9 entspricht. Insbesondere stellt in Fig. lla die durchgezogene Kurve K_s die Spannung in bestimmten Zeitintervallen an dem Kondensator 40' gemäß der in Fig. 9 angegebenen Spannung K₅ dar. Gemäß Fig. 11b stellt die durchgezogene Kurve K₆ die Spannung an der Wicklung 124 dar, welche in F ig. 9 als V₁₁ bezeichnet ist. In Fig. 1 1 c stellt die Kurve V₁ die Spannung an der Wicklung 120dar, welche in Fig. 9 als V_n bezeichnet ist. Gemäß Fig. lld stellt die durchgezogene Kurve K_s die Spannung zwischen der Steuerelektrode sowie der Kathode des Thyristors 52' dar, welche in Fig. 9 mit Kj. bezeichnet ist. Die gestrichelte Linie über dem Nullspannungspegel in Fig. lld zeigt den Spannungspegel, welcher zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors erreicht werden muß, bevor dieser gezündet wird, um den geladenen Kondensator mit der Zündeinrichtung zu verbinden. Die durchgezogenen Kurven K₅ bis K_s gemäß Fig. lla bis 11 d zeigen die aufeinanderfolgenden Spannungen.

welche an den Punkten in der Schaltung nach Fig. 9 mit den entsprechenden Bezeichnungen V₅ bis K₈ bei niedrigen Maschinendrehzahlen erscheinen. Die gestrichelten Kurven V₅ bis V'_H stellen die aufeinanderfolgenden Spannungen dar, welche an entsprechenden, nicht mit Indexstrich versehenen Phasen in der Schaltung nach Fig. 9 bei hohen Maschinendrehzahlen auftreten.

Beim Betrieb der Anordnung nach F i g. 9 mit niedrigen Maschinendrehzahlen bewegen sich die Magnete nach Entladung des Kondensators 40' während des Intervalls C", schließen dabei einen Magnetkreis und induzieren eine negative Spannung in der Wicklung 124, wobei das Wicklungsende 124a negativ gegenüber dem Wicklungsende 124b wird, so daß kein Strom durch die Diode 130 fließt. Während des Inter-

• vails D' wird eine positive Spannung in der Wicklung 124 induziert, weiche eine Form gemäß der Kurve K₆ nach Fi g. 11 b während des Intervalls D' aufweist, jedoch reicht das Potential bei niedrigen Maschinendrehzahlen nicht aus, um eine Zündung des Thyristors zu bewirken, wie dies durch die Kurve K₈ in Fig. Hd während des Intervalls D' veranschaulicht ist. Die in der Wicklung 120 während des Intervalls F induzierte negative Spannung, welche das Wicklungsende 120a negativ macht, wird seitens der Diode 128 daran gehindert, einen Stromfluß zu bewirken. Die positive Spannung, welche in der Wicklung 120 induziert wird, die mehr Windungen als die Wicklung 124 aufweist, ist während des Intervalls C genügend hoch, um eine Zündung des Thyristors 52' zu bewirken, wie durch die Kurve V_H während des Intervalls C veranschaulicht, so daß der Kondensator 40 sich zwecks Zündung der Zündkerze entladen kann.

Bei hohen Maschinendrehzahlen reicht die in der Wicklung 124 während des Intervalls D' induzierte positive Spannung aus, um eine Schaltung des Gleichrichters zu bewirken, wie dies durch die gestrichelte Kurve K_s. während des Intervalls D' in F i g. lld veranschaulicht ist. Diese frühe Tastung des Thyristors bei hohen Maschinendrehzahlen ermöglicht die Erzeugung eines Frühzündfunkens für die Zündeinrichtung. Nach Entladung des Kondensators während des Intervalls D' wiederholt sich der Zyklus, wenn das Schwungrad die Magnete zu der Ausgangswicklung 34' zurückdreht, um wiederum den Kondensator 40' aufzuladen.

Die Drehzahl, bei welcher das Zündsystem nach Fig. 9 reguliert wird, um eine Änderung von Spätzündung auf Frühzündung und umgekehrt zu erreichen, hängt im vorliegenden Fall von der Anzahl der Windungen der Wicklung 124, der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades, den Abmessungen zwiscnen den Magneten sowie den Wicklungen und der Zündspannung des Thyristors 52' ab. Die optimale Anordnung für jeden besonderen Fall hängt von der verwendeten Maschine ab und kann in bekannter Weise bestimmt werden. Obgleich zum Zwecke einer einfacheren Darstellung eine Einzylindermaschine, beispielsweise ein Außenbordmotor, beschrieben wurde, kann in gleicher Weise auch eine Mehrzylindermaschine verwendet werden, indem einfach zusätzliche und ähnliche Bauelemente ähnlich der vorangehenden Beschreibung verwendet werden. Auch kann ein mechanischer Verteiler verwendet werden. Eine gesteigerte Anzahl von Magnetfluß erzeugenden Magneten kann an dem Schwungrad vorgesehen sein, so daß lediglich ein Siliziumtransistor, ein Aufwärts-

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transformator und ein Spticherkondensator verwendet werden müssen. Die Anzahl der auf dem Schwungrad verwendeten Magnete oder ähnlich funktionierender Wicklungen kann gegenüber der vorangehend gezeigten und beschriebenen Anzahl in Abhängigkeit von der Anzahl der Zylinder der Maschine gesteigert werden.

Die beschriebene Zündanlage besitzt einen einfachen und wenig aufwendigen Aufbau, wobei verhältnismäßigwenige Bauteile verwendet werden. Das den Magnetfluß erzeugende Bauelement wird einfach durch Magnete gebildet, die vorzugsweise an dem

Schwungrad angebracht sind, und Wicklungen smd gegenüber dem Schwungrad fest angeordnet, so daß durch die rotierenden Magnete darin Spannungen erzeugt werden. Die Zündanlage umfaßt eine einfache

Schaltung zur Erzeugung des gewünschten Impulses zum richtigen Zeitpunkt zwecks Zündung der gewünschten Zündkerze der Maschine. Ferner wird mit zwei Tastwicklungen und wenigen Schaltungsbauelementen eine Zündanlage für Spät- und Frühzündung

ίο geschaffen, um einen optimalen Betrieb der Maschine bei niedrigen und hohen Drehzahlen zu gewährleisten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündsystem für Verbrennungsmotoren mit einer Funkenzündeinrichtung und einer Einrichtung zum drehzahlabhängigen Verstellen des Zündzeitpunktes durch rein elektrische Mittel, die eine Induktionseinrichtung zur Erzeugung von Zündimpulsen mit einer Spulenanordnung und einer Magnetkreisanordnung umfassen, wobei die Spulenanordnung drehfest und ein Teil der Magnetkreisanordnung an einem von dem Motor getriebenen umlaufenden Teil montiert ist, die Funkenzündeinrichtung in einem Entladekreis mit einem Ladungsspeicher verbunden ist, der von der genannten Induktionseinrichtung aufladbar ist und der Entladekreis über ein Schalterelement schließbar ist, um den Ladungsspeicher durch Schaltimpulse über die Funkenzündeinrichtung zu entladen, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Induktionseinrichtung (24, 26, 56, 58, 120, 124) mindestens zwei zeitlich nacheinander auftretende Schaltimpulse erzeugt, von denen der erste beim Betrieb des Motors bis zu einer bestimmten Drehzahl und der zweite beim Betrieb des Motors oberhalb dieser Drehzahl das Schalterelemenl (52) betätigt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Induktionseinrichtung zwei Induktionsspulen (56, 58; 120, 124) umfaßt, die mit dem Schalterelement (52) verbunden sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsspulen (56,58; 120, 124) mit demselben Teil (24, 26) des entsprechenden Magnetkreises zusammenwirken.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsspulen (56,58) gegensinnig auf einem gemeinsamen Kern (60) gewickelt sind und der zugehörige Magnetkreis einen Dauermagnet mit zwei auf dem umlaufenden Motorteil angeordneten Polschuhen (24, 26) entgegengesetzter Polarität umfaßt, die dem Kern nacheinander gegenübertreten.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine (58) der beiden Induktionsspulen über eine Zenerdiode (66) mit dem Schalterelement (52) verbunden ist.

6. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsspulen (120, 124) auf getrennten Kernen (122, 126) gewickelt sind, die in verschiedenen Winkellagen bezüglich des zugehörigen Magnetkreises mit dem Dauermagneten (24, 26) angeordnet sind.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den früheren Schaltimpuls erzeugende Induktionsspule (124) eine geringere Windungszahl aufweist als die andere Induktionsspule (120).

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Induktionsspulen (34, 56, 58; 120, 124) mit demselben Dauermagneten (24, 26) auf dem von dem Motor getriebenen umlaufenden Teil zusammenwirken.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Induktionsspulen (34, 56, 58; 120, 124) mit demselben Teil einer Magnetkreisanordnung auf dem von dem Motor getriebenen umlaufenden Teil zusam

menwirken.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Motor getriebene umlaufende Teil ein Schwungrad (28, 28') umfaßt.