DE1764614A1

DE1764614A1 - Zuendvorrichtung fuer Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE1764614A1
Application number: DE19681764614
Authority: DE
Inventors: Metzger Dipl-Ing Erich; Siegmund Kreil
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-07-04
Filing date: 1968-07-04
Publication date: 1970-02-26
Also published as: US3584613A; NL6906530A; CH516082A; DE1764614C3; FR1602827A; DE1764614B2; AT298885B; GB1278692A; JPS5018125B1

Description

München 2, 1 aJUKIl21

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Zündvorrichtung für Verbrennungsmotoren

Pur den einwandfreien Funktionsverlauf von Verbrenneun/yskraftmaschinen ist die Beherrschung des ZündVorganges eine sehr wichtige Aufgabe. Zur Lösung dieser Aufgabe werden in der Praxis fast ausschließlich nur mechanische Mittel verwendet. !Diese unterliegen jedoch einem starken Verschleiß. "Sa ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den bei den üblichen Zündvorr.-Ohtunp-en angewendeten, von einer Nockenwelle sees teuer ten Unterbrechungskontakt entbehrlich zu machen.

Erste Ansätze zur Verringerung der Störungsanfälligkeit von Zündvorrichtungen sind in der Einführung der sog. Transistorbzw. ThyristorZündungen zu sehen, bei denen neben einer Erhöhung der Zündleistung im Vergleich zu den obigen Anordnungen auch die Strombelastung der Unterbrecherkontakte und damit der Abbrandverschleiß verkleinert ist. Die damit verbundene Herabsetzung des Unterbrecherstromes bedingt aber gleichzeitig eine Erhöhung der Kontaktunsicherheit, die - insbesondere bei der Thyristorzündung - leicht zu Störungen führen kann. Auch

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die Abnutzungsvorgänge durch die Hockern; teuonmj' bleiben liierbei in vollem Maße erhalten»

Eine Möglichkeit, die Abnutsungsvorgänge zu reduzieren, besteht in der Verwendung einer sogenannten Lichtetromoteucruiif^ durch die die Unterbrecherir.ochanik entbehrlich wird .* "Bei einer εοΐ chen Vorrichtung läßt man s B₁ einen mit Schlitzen yer::cl:enci! Zylinder zwischen einer lichtquelle und oir.cr Thoto.'iolle rotieren und kann dann mit dem vorn Photoeleiuent gewonnenen Kriterium über eine entsprechende Trrnsistornchalturg -Jen ZündVorgang betätige*; Aber auch eine oolche Vorrichtung hat sich als sehr fc atörungsanfällig erwiesen, insbesondere, wenn en sich u;n Jie Verwendung in einem Fahrzeug handelt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündvorrichtung für Verbrennungsmotoren, bei dar die Zündfunkenntreekc durch die von einem Transformator gebildete Sekundärspaniiung betrieben und die Frinürspannung des Transformators mechanisch gesteuerten, kurzzeitigen Änderungen unterworfen ist. Zur Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile iat die erfindungsgeir.äße Anordnung durch einen die Friraär3Cite de3 Transformators - insbesondere über einen Verstärker - elektrisch beeinflussenden rnagnetfoldabhängigen Widerstand und einen relativ zu diesem bewegbaren Perma-.lentraagneten gekennzeichnete Bevorzugt wird ein rotierender W Kfcgnetträger bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung angewendet. Außerdem benteht der magnetfeldabhängige V/iderstand bevorzugt aus einer sog-. Feldplatte, ^

Diese kann z,B. auf einem Träger in Form eines schmalen Streifens aufgebracht sein. Zweckmäßig verwendet man eine ruhende ' Fel4plattc, weil dann die Kontaktierung einfacher wird und die beiden Stromzuführungen leicht zugänglich gemacht werden können» Kino Zuführung wird zweckmäßig bereits über die Trägorbefestigung LYi L'assc gelegt-. Der zylindrische !»fa^nctträger sitzt z,B_: auf del* Verteilerwelle des Ilotors und ist längs seines Umfanges mit CX113T Anzahl äquidistanter Steuerroagnete besetzt. Diese Anzahl entspricht ζ-_:"B, der Anzahl der Zylinder des Motors Die ^;i ·

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dann in der· Feldplal Lc uuf tretenden Änderungen dec ■ V/iderstands wcrtes Ti oind in Abhängigkeit vom Betrag des Drehwinkels "\v im Diagramm gen Fig 1 aufgetragen

In Pig 2 irt ein Längsschnitt und in Pigc 3 die Aufsicht einer bevorzugten Auüführungsforin der Anordnung von Permanentnv.gnüt und Feldplatte dargestellt, während die Fig.A und 5 sich mit der schaltungstcehnischcn Ausgestaltung der erfindungsgemäi'cn -Ancranung befassen.

Entsprechend den L^var Stellungen von Fig 2 und 3 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 1 beiderseits an seinen rlachseiten mit ^e einer konaxialen , ■ ßßf - ringf ürmigen Platte 2 bzv/.. 3 aus ir.agnctiEch leitendem IJaterial, K.B. aus Weieheisen₅ versehen. Diese Anordnung ist konaxial zu und auf der Achse oiner Prehwellu Ί, z.B einer Verteilerwellc, befestigt . Die beiden ringförmigen Platten 2 und 3 dienen als Pole den magneten. Sie y.eröen in periodischen Zeitabständen von einem seitwärts angeordneten, die Feldplatte 5 enthaltenden V.'eicheisen.ioch G überbrückt. Zu diesem ^weck ist einer der beiden Ringe 2, 3, z.B. der obere Hing 3, mit äquidistanten sternartigen Ausbuchtungen 3' versehen, während der andere Ring, z.B. der Ring 2, einen gleichbleibenden engen Abstand su dem ihm zugeordneten Schenkel des iVeieheisenjochs 6 während der vollen Umdrehung beibehält, las Profil der Ausbuchtungen .3' ist auf das Profil des ihm sugeordneten Schenkels des Weicheisenjochs 6 abgestimmt und läuft deir.entsprechend wie jenes spitz zu, so daß der magnetische Pluß über das Joch jeweils nur kurzdauernd während des Vorbeiwanderns jeweils einer der Zacken 3' am gegenüberliegenden Schenkel des .Jochs 6 geschlossen ist.-

Das Weicheisenjoch 6 ist, vorzugsweise in seiner Mitte, durch die aus Halbleitermaterial bestehende scheibenförmige Feldplatte 5 in zwei Teile derart unterteilt₅ daß der gesamte über das Joch geschlossene magnetische Fluß auch die Feldplatte 5 durchsetzt.- Die elektrischen Anschlüsse der ¥e ld plat te sind mit 7? die das Joch tragende ortsfeste Grundplatte mit 8 bezeichnet.

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Auch hier ist, wie man aofort erkennt, dao Diagramm gemäß Pig. 1 qualitativ verbindlich. Der Hauptvorteil der soeben beschriebenen Anordnung ist die einfache Heroteilbarkeit und die hoho Betriebssicherheit insbesondere auch gegen Verschmutzungen <,

Die beita Botrieb einer solchen oder ahnlichen Anordnung in dem raagnetfoldabhängigen Widerstand entsprechend Fig. 1 auftretenden V/iderstandsündorungen künneti nun in verschiedener ..eise auf die Priraärscitc des Zündtrmioformators zur Einwirkung gebracht werden. Insbecondere empfiehlt sich die Anv/endung dea tin ^Hend der Fig. 4 dargestellten Schaltprinzips, dao dann weiter in der aus Fig< 5 ersichtlichen Weise -aus-. - ι gebaut werden kann.

Zunächst wird auf Fig. 4 hingewiesen«. Die ZUndfunkenstrecke wird von der Sekundärwicklung dcu Zündtransformator (Zündspule) gespeist. Die Basis eines Schalttranoistoro 13 liegt am Kittclubgriff eines aus dem magnetfeidabhängigen Widerstand 15, z.B. der Feldplatte 5 einer Anordnung gem. Fig. 2 und 3, und einem restwiderstand 14 gebildeten Spannungsteilers. Dabei ist dor Festwiderotrnd 14 den Eraittcr-Basiskreiö, die Feldplatte 15 dem Kollektor-Baciskrcio zugeordnete Die Primiirepule des ZUndtransforraators 12 liegt in Reihe mit dem Festwiderstand 14 und dem Emitter des Schalttranaistoro 13c Die Widerstände 14 und 15 des Spannungsteilers sind so dieraensioniert, daß der Schulttransistor 13 bei taagnetisch nicht durchflutetem Feldplättchen 15 leitend ist, Die Betriebsspannung , z.B. 6 V Gleichspannung, wird in der aus der Fig. ersichtlichen Weise zugeführt_t

Kann sich nun der MagnetfIuO auf den magnetfeidabhängigen Widerstand 15 auewirken, so steigt dessen Widerstandswert. Der Transistor 13 unterbricht dann den Strom durch die Primärwicklung des Zündtransformator 12 und lust an der Ztindstrecke 11 eine Zündspannung nach der Lena'sehen Regel aus· Dabei empfiehlt sich im Interesse eineq optimalen Wirkungsgrades auf '

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folgendes zu achten:

1. Daa Tastverhältnis 3olltc so gewühlt werden, daß auch bei hoher Impulsfrequenz ( hoher Drehzahl) das Auftreten einer rcöglichst großen Feldstärke in der Feldplatte gewährleistet ist;

2, die Flankensteilheit der Steuerimpulse muß genügend groß seiin

l.'t

Die unter 1 aufgeführte Forderung^l'durch eine entsprechend geringe Breite der steuernden Hagnote erfüllen. Der in Punkt 2 angegebenen Forderung dient die Einfügung sogenannter VerDteilorungö3chaltungon, die durch den Transistor 13 gesteuert worden,. In dieoem Zusammenhang wird auf das in Pig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel hingewiesen, das in Verbindung mit einer Anordnung genu Fig» 2 und 3 als eine optimale Ausführungsform der Erfindung angesehen werden kann.,

Im Hinblick auf Pigc 5 ist folgendes festzustellen: Der Spannungsteiler 14, 15, der zusammen mit dem Transistor 13 entsprechend den Ausführungen bei Fig_c 4 aufgebaut ist, liefert entsprechend Diagramm gem«- Fig. 1 eine entsprechende Steuerspannung an eine Versteilerungsschaltung mit den Transistoren 13 und 16, Der Widerstand 14 ist wiederum ein Feotwiderstand, der Widerstand 15 magnetfeldabhängig. Die Versteilerungsschaltung mit den Transistoren 13 und 16 hat die? Eigenschaft, bei zunehmender Spannung an der Basis des Transistors 13 bei einer ™ bestimmten Schwelle von einem stabilen Zustund in einen anderen zu kippen. Erreicht wird die3 durch die Verstärkung, die durch dieV/idorstände 17, 18 und 19 bestimmt ist, in Verbindung mit der Rückkopplung über den gemeinsamen Emitterwiderstand 2Q_a Der versteuerte Spannungsverlauf am Kollektor deo Transistors 13 steuert über den Widerstand 18 einen T_ransi_stor 21 an, dessen Sättigungstron so groß ist, daß damit der in Reihe mit der Primärwicklung des Zündtransformator 12 liegende Leistungstransistor 22 geschaltet werden kann= Die Zündung erfolgt, wenn bei der positiven Flanke der Spannung an der Basis von

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von Tranoiotor 15 die Schaltung kippt und der !remain'.or 22 den Strom durch die Primärwicklung der, Zünd transi'ornators 12 plötzlich cperrt. Die in dienen Augenblick am Emitter den i'rans· sis tors 22 entstellende große positive Spannung wird von der Zcnerdiodo 23 zum Schutz des Transistors 22 auf einen bestimmten V.'ert begrenzt= Bio in einer Anordnung gernaß Fig '> vorgesehene bistabile Kippschaltung gewährleistet also dan Auftreten :-inor von der augenblicklichen Bewegungsgeschwindigkoit, insbesondere Drohgeschwindigkeit, des steuernden Permanentmagneten praktisch unabhängigen Spannung an der Zündβ trecke 11»

In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, daß durch den iragnetfeldabhängigen V/iderstand einer Anordnung gemäß der Erfindung auch noch andere bistabile Kippschaltungen, insbesondere auf Halbleiterbasis, gesteuert werden können, die ihrer ceits im Augenblick des Kippens einen Spannungsstoß mit der erforderlichen Intensität im Sekundärteil des Zündtransformators und damit an der Zündfunkenstrecke auslösen_ώ

Zusammenfassend sollen nocheinmnl die Vorteile einer der Erfindung genügenden Anordnung vermerkt werden: Die Verwendung von magnetisch gesteuerten Feldplattcnwiderständen, von denen auch mehrere in einer einzigen Anordnung eingesetzt werden können, ermöglicht einen kontaktlosen Zündspannungsschalter, der die Forderungen eines robusten Betriebes von Benzinmotoren erfüllt. Die lebensdauer kann als unbegrenzt erachtet worden, weil cechanische VercchleißvorgUnge praktisch vollkommen ausgeschaltet sind. Vor allem entfallen die bei bekannten Anordnungen hinsichtlich der Xontaktgabe ( sehr kritische Verzögerungen bei ungünstigem Schließwinkel ) , Resonanzerscheinungen und Frequensunicherheit gegebenen Nachteile.

5 Figuren

9 Patentansprüche - 7 -

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Claims

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Pate Ii t α η ö ρ r ü c h e .

1, Zündvorrichtung für Verbrennungsmotoren, bei der die Zündfunkenstreckc durch die von eineu !Trana format or gebildete SckundUrspannung betrieben und die Primärspannung des Transformators mechanineh gesteuerten, kurszeitigen Xnderungen unterworfen ist, gekennzeichr.ct durch einen die Frimärseite dec ircnL-forir-atorc- innbesonderc über einen Verstärker .elektrisch leeinflUirsenden magnctfeldabhangigen V.'iderstand und einen relativ su dienen bewegbaren Peririanentiiiagneton,

2, Zündvorrichtung nach Anapruch 1, dadurch «ekennseichnet,

daß ein mit einer V'elle dec liotora drelibarer !■"ygnetträger vorgcüchen und mit niinäestenn einen exzentrisch sur Dreh- ' achce befestigten Permanentmagneten versehen ist.,

5c Zündvorrichtung nreh Anspruch 1 oder 2_i dadurch gekennpjeichiiefc) daß der tr.agnetfeidabhängige Widerstnnd v/ährend der Umdrehung dco ii!agnettrügera seitvieise 2\visehen die L-clienkel eines hufeiscnai:tig geformten Perinarientir.agneten golangt,-

4c Zündvorrichtung nach anspruch 1 oder 2, dadurch gekenr;::eichnetj daß der auf einer Brehv/elle, insbesondere der "VerteilerViOllc ddis Hotora» konzentrisch au dieser "befestigte ringförmige Peris:ahcntinagnet (-1) beiderseits an seir.en ?lach-Bciten von je einer konzentrisch zur .Drehirjl-iöe angeordneten, ä ggf» ringförmigen Polplatte ( '2, 3) begrenzt ist, daß ferner ortsfest und seitlich zu dieser drehbaren Anordnung ein durch den magnetfeldabhängigen "iderstand (5) in zv/ei Teile unterteiltes Joch (6) aus ir.agnetisierliarem I>'aterial, ZtB₀ aus Weicheisen, derart angeordnet ist, daß ein das Joch durchsetzender Magnetfluß auch den Widerstand (5) durchsetzt, UMd daß die beiden mit dem Permanentmagneten (1) zugleichdrehbaren Polplatten (2,3) einen derartigen geometrischen Verlauf ihres Umfangeo auf v/eisen, daß der magnetische Fluß über da3 Joch (6) während einer Umdrehung zeitweise geöffnet und zeitweise geschlossen ist_c

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Neue Unterlagei ι ι*η. ? § I Abs. 2 Nr. l Sau 3 des Änderungeoee. v. 4.9.19671

Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bio 5» dadurch gekennzeichnet, daß der niagnetf rld-ibha'nfTine Widerstand (15) mit einem Festwiderstand (14) einen üpannungnteilcr bildet', dessen LUttelabgrii'f an die Basin einen iiehalttransintors (13) gelegt i^nJj> elati dabei der lnagnetfcldabhängigcV/iderstcnd (15) dem Kollektor-Baaiskreirj, der Fcatv/idcrr; L· nd (14) den !•!riitter-Iianiskrcii: zugeordnet ist, und daß schließlich die rriiniJ.rv.ieklung den Zündtransformator« [VS-) in I'eihe sowohl ::;it aera Festwiderstand (14) alo auch r.iit dem Emitter dec Schaltranniatoro ."eccholtot ir.t

^ G. Sünövorrichtung nach einem der Annpriiche 1 bio G, dadurch gckeun^oichnüL, da]3 der magnotreldabhänr.ic⁰ V/iderntand infolge .ceiner V/iderct^ndcänderungen dan Kippen einer elektrischen Kippvorrichtung, incbeconderc bistabilen Kippvorrichtung aualööt und die Kippvorrichtung dabei dan Auftreten einen KpannungsstoBeo in der Sekundiirwicküung de« Zündtransiorinatoru bev/irkt-.

7. Zündvorrichtung nach einer, der Ansprüche 1 bin 7, dadurch gekennzeichnet, daß der niagne-tfeldabhüngige V/idorstand (15) ir.it einem Fcctv/iderstand (14) einen i'pannungcteilor bildet, an dessen Kittelabgriff die Baciö eines ersten Transistors (13) gelegt int, daß datei der r.agnetfeldabhängige Wider-. ™ stand (15) den Kollektor-^arji3kreis, der Festwiderstand (14) den Smitter-Basiskreis dieses Transistors zugeordnet ist^, daß v/eiter dieser Spannungsteiler auf eine Voratoilerungsschaltung und diese - ggf» über eine Treiberstufe (Tranoistcr 21) - auf einen Leistungstransistor (22) arbeitet, der bein Auftreten einer V/iderstsndsänderung des magnetfeldabhängigen Widerstandes (15) eine Unterbrechung des Stromes in der Priinärspule des Zünd transforms tors ( 12) bewirkt»

Zündvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,· daß die Versteilerungsschaltung (Transistoren 13, 16) zugleich als bistabile Kippschaltung derart ausgebildet ist,

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■-.daß' sie während deo Auftretena der positiven Hanken der Änderungen des Y/iderntandsv/ertec öen magnetfeldabhängigen Wider· standee (15) in die eine Kipplage und v/ahreml des Auftretcno der negativen Flanken in die andere Kipplage kippt.

9cZündvorrichtung nach einem der Ansprüche T bin S₅ dn-'lurch ge-, kennzeichnet, daß zum Scl.ut-ue defj leiDtungstransin torn der AusgangsütUxe eine Zenerdiode vorgeöohen ist.-

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