DE1924553A1

DE1924553A1 - Zuendanlage fuer Verbrennungsmaschinen

Info

Publication number: DE1924553A1
Application number: DE19691924553
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Tecumseh Products Co
Current assignee: Tecumseh Products Co
Priority date: 1968-05-15
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1969-11-20
Also published as: US3515109A; GB1263158A; FR2008597A1

Description

Tecumseh Products Company
Tecumseh, Michigan, 49 286 VStA

Zündanlage für Verbrennungsmaschinen

In der auf den gleichen Anmelder lautenden, am 16.11. 1968 eingereichten deutschen Patentanmeldung P 18 09 282. 5 ist eine Kondensatorentladung-Zündanlage beschrieben, bei der der Zeitpunkt der Kondensatorentladung zwischen Anlaß- und Betriebsdrehzahlen in Abhängigkeit von einem Zeitsteuerungssignal vorverlegt wird, das zwei aufeinanderfolgende Impulse enthält. In der vorgenannten Patentanmeldung sind mehrere Gatterschaltungen für gesteuerte Siliziumgleichrichter beschrieben, bei denen aufeinanderfolgende Zeitsteuerungsimpulse durch einen rotierenden Magneten und entweder zwei getrennte Spulen oder- eine einzige Spule erzeugt werden. Mit Hilfe der beschriebenen Schaltungen ergibt sich zwar eine wirksame automatische Zündvorverstellung, aber es ist immer erwünscht, die Zuverlässigkeit von Zündschaltungen zu verbessern und ihre Herstellungskosten zu verringern, insbesondere bei Zündschaltungen für Einzylindermotoren, bei denen ein scharfer Wettbewerb herrscht. Außerdem ist es erwünscht, die Temperaturstabilität zu verbessern, um temperaturabhängige Änderungen der Gleieh-

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richterkennlinien auszugleichen.

Die Erfindung hat sich daher in erster Linie die Aufgabe gestellt, eine verbesserte Kondensatorentladungs-Zündanlage und insbesondere eine verbesserte Schaltung zur automatischen Vorverlegung des Zünd Zeitpunktes bei solchen Anlagen zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Schaltung zur automatischen Vorverlegung des Zündzeitpunktes, die robust sowie zuverlässig ist und sich billig herstellen läßt. Außerdem soll die Schaltung eine wirksame Verschiebung des Zündzeitpunktes von einem optimalen Wert bei Anlaßdrehzahlen auf einen zweckmäßigen Wert bei Betriebsdrehzahlen ermöglichen. Darüber hinaus soll die Schaltung insbesondere für Zündanlagen von Einzylindermaschinen geeignet sein, die in großen Stückzahlen und mit geringstmöglichen Kosten hergestellt werden.

Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung mit ihren Merkmalen und Vorteilen anhand der Zeichnungen noch näher beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 das Schaltbild einer Kondensator-Entladungs-Zündanlage mit Halbleiterbauteilen, bei der eine automatische Vorverstellung des Zündzeitpunktes nach der Erfindung verwirklicht ist,

Fig. la einen Teil der Zündschaltung nach Fig. 1 mit dem inneren Gatter-Kathodenwiderstand eines gesteuerten Siliziumgleichrichters, der bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 schematisch einen Magnetzünder mit einer HaupÜadespule und einer einzigen Triggerspule zur Verwendung in der Zündschaltung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm für die Kurvenformen der in der Triggerschaltung nach Fig. 1 erzeugten Spannungen;

Fig. 4a und 4b Schaltbilder von zwei unterschiedlichen, aber ähnlichen Abwandlungen der Triggerschaltung nach Fig. 1;

Fig. 5 das Schaltbild einer weiteren Abwandlung der Triggerschaltung;

Fig. 6 und 1 weitere Abwandlungen der Trigger-■·■ -■ schaltung nach Fig. 1. ■

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In den Fig. 1 und 2 ist eine Zündanlage dargestellt, die einen allgemein mit Ziffer 10 bezeichneten Magnetzünder enthält. Dieser weist einen Stator 12 und einen mit der Kurbelwelle (nicht gezeigt) einer Einzylindermaschine drehfest so verbundenen Rotor 14 auf, daß dieser sich in der Ansicht nach Fig. synchron mit der Maschine im Uhrzeigersinn dreht. Ein in den Rotor 14 eingelassener Permanentmagnet 18 besitzt eine Nordpolfläche 20 und eine Südpolfläche 22, die sich in Umfangsrichtung entlang der Innenfläche des Rotors 14 erstreckten und einen schmalen Luftspalt besitzen. Der Stator 12 ist auf geeignete Weise mit der Maschine verbunden und mit Bezug auf den Rotor 14 ortsfest. Der Stator 12 trägt eine Hauptladespuleneinrichtung 26, die eine auf den mittleren Schenkel 32 eines E-förmigen Kerns 34 gewickelte Ladespule 28 aufweist. Auf dem Stator 12 ist außerdem im Abstand von der Hauptladespule 28 eine Triggerspulenanordnung 40 angebracht. Die Triggerspulenanordnung 40 weist eine auf einen Kern 44 gewickelte Spule 42 auf. Der Kern 44 ist einstellbar auf dem Stator 12 befestigt, wobei sein radial nach außen weißendes, vom Rotor entferntes Ende mit dem Magneten 18 einen Luftspalt 46 bildet. Zur Erläuterung ist die Achse 48 der Spule 42 unter einem Winkel 0 mit Bezug auf die Achse 50 der Spule 28 angeordnet. Ein Winkelabstand, beispielsweise § , läßt sich auch'so an-

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sehen, als ob sie Kurbelwellenwinkel- und Zeiten darstellen. Im allgemeinen ist der Kurbelwellenwinkel 9 der Triggerspulenanordnung 40 so gewählt, daß sich bei Betriebsdrehzahlen der Maschine eine Frühzündung beim Kurbelwellenwinkel 0

und bei Anlaßdrehzahlen der Maschine eine Spätzündung beim Kurbelwellen winkel 0 ergibt.

In der Schaltung nach Fig. 1 ist eine Zener-Diode 58 direkt über die Ladespule 28 geschaltet, um die maximale positive Spannung zu begrenzen, die in der Spule 28 erzeugt wird, wenn der obere Anschluß gemäß Fig. 1 positiv ist. Parallel zur Ladespule 28 ist außerdem eine Reihenschaltung mit einer Siliziumdiode 60, einem Kondensator 62 und der Primärwicklung 64 eines Zündtransformators 66 gelegt. Die Sekundärwicklung 68 des Transformators 66 ist direkt an eine Zündkerze 72 angeschaltet. Parallel zum Kondensator 62 und der Wicklung 64 liegt ein gesteuerter Siliziumgleichrichter 74 in Reihe mit einer Siliziumdiode 75. Der Gleichrichter 74 besitzt eine Anode 76, eine Kathode 78 und ein Gatter 80. Bei dem in den Fig. 1 und la gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Gleichrichter 74 einen inneren Gatter-Kathodenwiderstand R_nr, auf, der in Fig. la dargestellt ist. Die Triggerspule 42 ist an das Gatter 80 und über die Diode 75 an die Kathode 78 angeschaltet. Ein Wider-

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stand 82 liegt zwischen der Anode 76 und der Kathode 78 und ein Kondensator 84 liegt direkt über der Diode 75. Der Widerstand 82 und die Diode 75 bewirken einen Ausgleich des Gatter-Kathodenleckstroms über den Gleichrichter 74, um eine fehlerhaftes Triggern des Gleichrichters 74 aufgrund von Spannungsspitzen zu vermeiden, die in der Spule 42 erzeugt werden. Der Kondensator 84 bewirkt eine Zündverschiebung zwischen der Spätzündung 9 und der Frühzündung θ . Dies soll im folgenden noch beschrieben werden. Die Diode 75 schließt den Kondensator 84 für einen über den Gleichrichter 74 fließenden Strom kurz.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Zündanlage läßfe sich am besten in Verbindung mit den'Kurvenformen in Fig. 3 verstehen. Dort sind der Kurbelwellenwinkel θ auf der Abszisse und die Spannung auf der Ordinate angetragen. Die Abszisse läßt sich auch so ansehen, als ob sie Zeitpunkte in unterschiedlichen Maßstäben für unterschiedliche ,Drehzahlen der Maschine wiedergibt. Es sei betont, daß die Kurvenformen in Fig. 3 nur zur Erläuterung dienen und nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind. Fig. 3a zeigt die in der Spule 42 erzeugten Spannungen sowohl für Anlaß als auch für Betriebsdrehzahlen, während Fig. 3b die andas Gatter 80 bei Betriebs drehzahlen angelegte Spannung wiedergibt.

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Wenn die Maschine beim Start mit verhältnismäßig niedriger Anlaßdrehzahl läuft, wird die in der Spule 28 induzierte Wechselspannung durch die Diode 60 gleichgerichtet und lädt den Kondensator 62 mit der in Fig. 1 angegebenen Polarität auf. Wenn der Magnet 18 weiter im Uhrzeigersinn läuft, geht er an der Triggerspule 42 vorbei und induziert ein Wechselstromsignal, das in Fig. 3a voll ausgezogen dargestellt ist und allgemein einen vorlaufenden negativen Impuls 86 und einen nachlaufenden positiven Impuls 88 aufwweist. Nach dem Impuls 88 wird außerdem ein dritter Impuls (nicht gezeigt) negativer Polarität erzeugt, der aber bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht benutzt wird. Die Spule 42 ist so mit dem Gatter 80 verbunden, daß der Impuls 86 beim Anlegen an das Gatter 80 negativ ist. Die kritische Gatterspannung, die zur Zündung des Gleichrichters 74 erforderlich ist, wird durch den Spannungswert 90 dargestellt. Die wahre Form des Impulses 86 wird gegenüber der in Fig. 3a gezeigten Form geringfügig abweichen, und zwar aufgrund des Leckstromes überden Gatter-Kathodenwiderstand R_n,-, und die Ladung des Kondensators 84. Auf jeden Fall liegt aber die Spannung am Gatter 80 aufgrund des Impulses 86 für Anlaßdrehzahlen unterhalb des Schwellwertes 90 und zündet folglich den Gleichrichter 74 nicht. Bei Anlaßdrehzahlen besitzt dagegen der nachlaufende positive Impuls 88 eine Amplitude, die den

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Wert 90 übersteigt, so daß die Entladung des Kondensators 62 über den Gleichrichter 74 eingeleitet wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dauer des Impulses 88 groß genug, um eine vollständige Entladung des Kondensators 62 nach Art einer gedämpften Schwingung über den Gleichrichter 74 und die Diode 75 für eine Halbwelle und über die Dioden 58, 60 für die entgegengesetzte Halbwelle zu ermöglichen. Die Trigger spulenanordnung 40 und der Magnet 18 sind so ausgelegt und angeordnet, daß der Impuls 88 den Wert 90 beim Kurbelwellenwinkel 0 übersteigt, der so zum Umlauf der Maschine in Beziehung steht, daß die Zündung nahe dem oberen Totpunkt beim Kompressionshub stattfindet, um das Anlassen zu erleichtern. .

Sobald die Maschine anläuft, steigt die Amplitude der in der Spule 42 erzeugten Spannungen wesentlich an. Dies ist anhand des in Fig. 3a gestrichelt dargestellten, vorlaufenden negativen Impulses 92 angegeben, der eine wesentlich größere Amplitude als der Impuls 86 besitzt. Während des Anfangsteils 93, bei dem der Impuls 92 negative Steigung besitzt, d. h. die Spannung von Null auf eine maximale negative Spannung 94 ansteigt, ist der Übergang zwischen dem Gatter 80 und der Kathode 78 in Sperrichtung vorgespannt. Der Sperrstrom über den Gatter-

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Kathodenwiderstand R__ lädt jedoch den Kondensator 84 mit de.r in Fig. 1 angegebenen Polarität auf. Die Spannung des Kondensators 84 erreicht den Spitzenwert 94 des negativen Impulses 92 und ist so gerichtet, daß sie das Gatter 80 in Durchlaßrichtung beaufschlagt. In der Gatter-Kathodenvorspannungsschaltung mit der Spule 42, dem Gatter 80, der Kathode 78 und dem ψ. Kodensator 84 ändert die Spannung des Kondensators 84 die in der Spule 42 erzeugte Spannung so, daß die Gatter-Kathodenspannung des Gleichrichters 74 die in Fig. 3b gezeigte Kurvenform 95 aufweist. Während der Rückflanke 96 mit positiver Steigung des Impulses 92, d.h., wenn die Spannung vom Spitzenwert 94 in Richtung auf Null abfällt, bewirkt die Spannung des Kondensators 84, daß die gesamte, aus der Spannung des Kondensators 84 und der der Spule 42 zusammengesetzte Spannung den Wert 90 beim Kurbelwellenwinkel 0 übersteigt und den Gleichrichter 74 zündet, so daß die Entladung des Kondensators 62 eingeleitet wird. Die Schaltungsbauteile und Werte des Gleichrichters 74 sind so gewählt, daß die Kombinierten Spannungen des Kondensators 84 und der Spule 42 den Schwellwert 90 bei dem für Betriebsdrehzahlen gewünschten Kurbelwellenwinkel 0 übersteigen, beispielsweise bei dem Winkel 0 von 22° vor dem oberen Totpunkt. Man erkennt, daß die Größe der Zündverstellung in erster Linie von dem Abstand

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zwischen den Polflächen 20 und 22 abhängt. Die Amplitude des nachlaufenden Zündimpulses 98 steigt zwar bei Betriebsdrehzahlen ebenfalls wesentlich an, aber der nachlaufende Impuls ist unwirksam, weil der Kondensator 62 aufgrund des Impulses 92 praktisch vollständig entladen ist.

Beispielsweise liegt bei Motoren im Bereich 2, 5 bis 7 PS die typische Anlaßdrehzahl im Bereich von 300 bis 400 U/min mit einer minimalen Anlaßdrehzahl von 100 bis 150 U/min und einer typischen Leerlaufdrehzahl von oberhalb 1500 U/min. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß sieh eine Zündzeitpunktverschiebung im Drehzahlbereich von 800 bis 1000 U/min ergibt. Diese Verschiebung ermöglicht ein leichtes Starten bei Anlaßdrehzahlen und einen brauchbaren Wirkungsgrad für den Motor bei allen Betriebs drehzahlen. Die Zeitkonstante für die Entladung des Kondensators 84 (über den Widerstand 82 und den Gatter-Kathodenwiderstand R) ist so gewählt, daß der Kondensator 84 keinen oder nur einen sehr kleinen Einfluß auf den nachlaufenden Zündimpuls 88 bei Anlaßdrehzahlen besitzt. Ein weiteres' " Beispiels sei angeführt, das typische gesteuerte Siliziumgleichrichter einen inneren Gatter-Kathodenwiderstand R im Bereich von 100 Ohm und eine kritische Schwellwertspannung von Q, 5 V besitzen. In typischerweise kann der Kondensator 84 bei "Be-

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triebsdrehzahlen auf eine Spannung im Bereich von 2 bis 3 V aufgeladen sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4a ist mit Ausnahme der Triggerschaltung für den Gleichtichter 74 (die in den Fig. 1 und 4a durch eine gestrichelte Linie umgeben ist) der übrige Teil der Zündschaltung der gleiche wie der in Fig. 1. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. In Fig. 4a ist ein Gleichrichter 100 direkt zwischen das Gatter 80 und den oberen Anschluß der Spule 42 geschaltet. Der Gleichrichter 100 ist so gepolt, daß er bei einem Strom, der das Gatter 80 in Durchlaßrichtung vorspannt, leitet. Parallel zum Gleichrichter 100 liegt ein Kondensator 102. Die Kathode 78 ist an den unteren Anschluß der Spule 42 angeschaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für Anlaßdrehzahlen der nachlaufende Zündimpuls 88 über den Gleichrichter 100 an das Gatter 80 angelegt und leitet die Entladung des Kondensators 62 beim Kurbelwellenwinkel 0 im wesentlichen auf die gleiche Weise ein, wie

in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben. Bei Betriebsdrehzahlen wird der Kondensator 102 mit der in Fig. 4a angegebenen Polarität über den Gatter-Kathodenwiderstand R_ _, ° GC

während der Vorderflanke 93 des vorlaufenden Zündimpulses aufgeladen. Der Gleichrichter 100 sperrt während des negativen

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Impulses 92. Wenn die Amplitude des Impulses 92 während der Rückflanke 96 abfällt, zündet die Spannung des Kondensators 102 den Gleichrichter 74 beim Kurbelwellenwinkel 9 , wie in Ver- , bindung mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben. Bei gewissen Anwen- , düngen hat die Triggerschaltung nach Fig. 4a den gewünschten . Vorteil gegenüber der nach Fig. 1, daß der Gleichrichter 100 . während der Entladung des Kondensators 62 keinen großen Strom führt, so daß die Diode 1Θ0 ein billigeres Bauteil als die Diode , 75 in Fig. 1 sein kann.

Fig. 4b zeigt eine Abänderung der Triggers chaltung nach Fig., 4a, bei der gleiche Bauteile wiederum gleiche Bezugsziffern tragen. Die Ladeschaltung für den Kondensator 102 weist einen außerhalb: des Gleichrichters 74 liegenden Widerstand 104 auf, der direkt , zwischen das Gatter 80 und die Kathode 78 des Gleichrichters ge~ schaltet ist. Die Arbeitsweuse der Schaltung nach Fig. 4b entspricht im wesentlichen der nach den Fig. 1 bis 3 und 4a mit der Ausnahme, daß bei Betriebsdrehzahlen der Kondensator 102 über den Widerstand 104 aufgeladen wird. Gewisse Typen von gesteuerten Siliziumgleichrichtern weisen einen inneren Gatter-Kathodenwiderstand auf, der für die Zeitkonstante des Kondensators 102, die zu der benötigten Zündverstellung führt, nicht : zweckmäßig ist. Außerdem weisen gewisse gesteuerte Silizium-

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gleichrichter im wesentlichen keinen oder nur einen sehr kleinen inneren Gatter-Kathodenwiderstand R__, auf, und der Gatter-Kathodenstrom würde den Gleichrichter zerstören, wenn kein äußerer Widerstand, beispielsweise der Widerstand 104, vorgesehen wäre.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Triggerschaltung nach Fig. 4a , bei der der Gleichrichter 100 durch einen Widerstand 106 ersetzt ist, der direkt zwischen dem Gatter 80 und dem oberen Anschluß der Spule 42 liegt. Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 entspricht im wesentlichen der oben beschriebenen. Bei niedrigen Anlaßdrehzahlen wird der nachlaufende Zündimpuls 88 (Fig. 3) über den Widerstand 106 an das Gatter 80 angelegt und zündet den Gleichrichter 74 beim Kurbelwellenwinkel 0 . Die Zeitkonstante des Kondensators 102 und der Widerstände 106, R^ _, ist so gewählt, daß der Impuls 88 im wesentlichen direkt an das Gatter 80 angekoppelt wird. Andererseits führt die Zeitkonstante in Verbindung mit dem Impuls 86 verhältnismäßig niedriger Frequenz und kleiner Amplitude dazu, daß dieser Impuls bei Anlaßdrehzahlen unwirksam ist. Bei Betriebsdrehzahlen bewirkt die erhöhte Amplitude des Impulses 92, daß der Kondensator 102 während der Vorderflanke 93 des vorlaufenden Zündimpulses 92 über den inneren Gatter-Kathodenwiderstand R

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des Gleichrichters 74 auf einen Wert aufgeladen wird, bei dem der Gleichrichter 74 für den Kur bei wellen winkel O zündet, wenn der Impuls 92 auf der Rückflanke 96 abfällt.

In Fig. 6 ist eine weitere Abwandlung der Triggerschaltung nach Fig. 1 gezeigt. Der Gleichrichter 74 (Fig. 1) ist durch einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 110 in Reihe mit einer Diode 75 ersetzt, die wie in Fig. 1 parallel, zum Kondensator 62 geschaltet ist. Der Gleichrichter 110 weist eine Anode 112, eine Kathode 114 und ein Gatter 116 auf. Die Spule 42 ist an das Gatter 116 und über die Parallelschaltung der Diode 75 mit dem Kondensator 84 an die Kathode 114 angelegt. Der Gleichrichter 110 ist ein gesteuerter Siliziumgleichrichter, der allgemein als Gleichrichter mit "empfindlichen Gatter" bekannt ist. Dieser weist keinen oder einen sehr kleinen inneren Gatter-Kathodenwiderstand auf. Dabei ist ein kleiner Widerstand für einen Gatter-Kathodenstrom in Durchlaßrichtung vorhanden, d.h., wenn das Gatter 116 positiv ist. Wenn das Gatter 116 in Sperrichtung (negativ) vorgespannt ist, ähnelt die Gatter-Kathodenkennlinie der einer Zener-Diode. Beim Ansteigen der Spannung am Gatter von Null in negativer Richtung ist der Sperrstrom über das Gatter 116 verhältnismäßig klein und bleibt im wesentlichen konstant, bis die Gatter-Sperrspannung eine kritische Durchbruchs-

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spannung erreicht* Dann tritt ein Lawinendurchbruch ein, und der Gatter-Kathodensperrstrom steigt für kleine Änderungen der Gatterspannung stark an. Da die Gatter-Kathodenkennlinie des Gleichrichters 110 der einer Zener-Diode ähnelt, sind die Gatter-Kathodeneigenschaften des Gleichrichters 110 durch die schematisch dargestellte Zener-Diode D_n angedeutet, die direkt zwischen dem Gatter 116 und der Kathode 114 liegt.

Die Arbeitsweise der Triggerschaltung nach Fig. 6, die bei rfechtiger Auswahl der Bauteile und der Eigenschaften des Gleichrichters 110 erreicht wird, weicht etwas von der oben in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 beschriebenen Arbeitsweise ab. Bei Anlaßdrehzahlen wird der nachlaufende Zündimpuls, der dem Impuls 88 in Fig. 3 entspricht, direkt an das Gaiter 116 angekoppelt und zündet den Gleichrichter 110 bei dem gewünschten Kurbelwellenwinkel 0 . Bei Anlaßdrehzahlen reicht die Spannung, die in der Spule 42 während des vorlaufenden negativen Impulses entsprechend dem Impuls 86 in Fig. 3 erzeugt wird, nicht aus, um einen Durchbruch in Sperrichtung zu bewirken, so daß der Kondensator 84, wenn überhaupt, bei Anlaßdrehzahlen nur eine sehr kleine Ladung erhält. Sobald die . Maschine anläuft und die Amplitude der in der Spule 42 induzierten Spannungen wesentlich ansteigt, übersteigt die Amplitude

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des vorlaufenden Zündimpulses entsprechend dem Impuls 92 in Fig. 3 die Zener-Spannung der Gatter-Kathodenstrecke während des anfänglichen, negativgerichteten Teils des Impulses. Der Kondensator 84 wird im wesentlichen auf den negativen Spitzenwert des vorlaufenden Impulses mit der dargestellten Polarität aufgeladen. Wenn die Amplitude des negativen Impulses entlang seiner Rückflanke 96 (Fig. 3) abfällt, zündet die Spannung des Kondensator 84 den Gleichrichter 110 bei dem gewünschten Frühzündwinkel 0 auf die oben in Verbindung mit Fig. 3 be-

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schriebene Weise. Anders gesagt, der Kondensator 84 erhält keine Ladung bis die Amplitude des negativen Spannungsimpuls es von der Spule 42 größer ist als die Zener-Spannung der Gatter-Kathodenstrecke des Gleichrichters 110.

Die Schaltung nach Fig. 6 weist einen besonderen Vorteil gegenüber w den vorher beschriebenen Schaltungen dahingehend auf, daß die

Drehzahl des Motors, bei der die Zündung zum Kurbelwellenwinkel 0 vorverlegt wird, sich nicht mit Änderungen der Gatter-Kathoden-Trigger spannung ändert. Bei der Schaltung nach Fig. 6 wird die Drehzahl, bei der die Zündung zum Kurbelwellenwinkel θ vorverlegt wird, in erster Linie durch die Sperr-Durchbruchsspannung zwischen dem Gatter 116 und der Kathode 114 (D_ J) und

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dem Luftspalt zwischen der Spule 42 undem Magneten 18 bestimmt.

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Bei gewissen gesteuerten Siliziumgleichrichtern ändert sich diese Zener-Spannung zwischen Gatter und Kathode nicht wesentlich mit der Temperatur, so daß die Drehzahl, bei der die Zündung auf den Kurbelwellenwinkel 0 vorverlegt wird, verhältnismäßig unabhängig von der Temperatur ist. Im Vergleich dazu kann sich die Gatter-Kathoden-Triggerspannung entsprechend dem Spannungswert.9O (Fig. 3) beträchtlich mit der Temperatur ändern..Änderungen der kritischen Triggerspannung sind jedoch unbedeutent im Vergleich zur Spannung des Kondensators 84, wenn der Durchbruch in Sperrichtung zwischen dem Gatter 116 und der Kathode 114 auftritt.

Zur weiteren Erläuterung und ohne damit eine Ei η schränkung _ vorzunehmem, sei angegeben, daß bei einer Schaltung entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 der Gleichrichter 110 ein von der Firma General Electric Company hergestellter Typ "G. E. C. 106" war. Dieser spezielle Gleichrichter weist eine Gatter- Kathoden- Durchbräche spannung von 16 V auf. Eine Verschiebung des Zündzeitpunktes bei 805 U/min wurde erreicht, in dem die Spulenanordnung 40 so ausgelegt und der Luftspalt 46 so ausgewählt wurde, daß sich eine negative Spitzenspannung von 18 V entsprechend dem negativen Spitzenwert 94 des vorlaufenden Impulses 92 (Fig. 3) bei 805 U/min ergab. Für das Ausführungs-

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beispiel nach Fig. 6 muß die Windungszahl der Triggerspule oder der Querschnitt des Kerns 44 wesentlich größer als die entsprechenden Werte für die anderen, oben beschriebenen Schaltungen sein. Die erforderliche Amplitude des vorlaufenden negativen Impulses ist zwar groß, aber die Kuryenform des dem Impuls 92 (Fig. 3) entspredhenden Spannungsimpulses ist verhältnismäßig unwichtig. Der Abfall zwishhen der negativen Spitze 94 und dem Endpunkt 120 des Impulses 92 in Richtung auf Null soll so schnell als möglich erfolgen, um eine Vorverlegung des ZündZeitpunktes bei einer Erhöhung der Drehzahl über den Wert hinaus, bei dem die gewünschte Verschiebung des Zündzeitpunktes auftritt, möglichst klein zu halten. Außerdem soll die Spannung zwischen dem vorlaufenden Impuls und dem positiven Impuls etwas negativ sein. Diese Forderung wird jedoch vonselbst erfüllt, da der Magnetfluß im Kern 44 ansteigt, wenn sich die Südpolfläche 22 dem Kern nähert. Die Arbeitsweise der oben in Verbindung mit den Fig. 1-5 beschriebenen Schaltungen wird durch Erfüllung dieser beiden Bedingungen ebenfalls verbessert.

Die temperaturunabhängige Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 6 läßt sich auch unter Verwendung von gesteuerten Siliziumgleichrichtern erreichen, die einen inneren Gatter-Kathoden-

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widerstand R—^ besitzen. Dies ist bei dem Ausführungs-GC

beispiel nach Fig. 7 beschrieben, bei dem eine Zener-Diode 124 direkt zwischen das Gatter 80 und den oberen Anschluß der Spule 42 geschaltet ist. Die Diode 124 ist so gepolt, flaß sie in Durchlaßrichtung betrieben wird, wenn der obere Anschluß der Spule 42 positiv ist, so daß bei Anlaßdrehzahlen der nachlaufende Zündimpuls, der dem Impuls 88 (Fig. 3) entspricht, an das Gatter 80 angekoppelt wird. Wenn die Maschine anläuft und die Amplitude der in der Spule 42 induzierten Spannungen ansteigt, so übersteigt die Amplitude des vorlaufenden negativen Impulses die Zener-Spannung der Diode 124, und der Kondensator 84 wird über den inneren Gatter-Kathodenwiderstand R__ aufgeladen. Dadurch wird die Zündung des Gleichrichters 74 bei dem für eine Frühzündung erwünschten Kurbelwellenwinkel 0 veranlaßt.

Cs

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Claims

PATENTANSPRÜCHE . ■ .

1.) Zündanlage für Verbrennungsmaschinen mit wenigstens einem Zylinder, einer Zündkerze für den Zylinder, einer elektrischen Energiequelle und einer Steuereinrichtung, die je zum Zündzeitpunkt der Zündkerze einen Zündimpuls zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein elektronisches Bauelement aufweist, das beim Anlegen eines elektrischen Signals vorbestimmter Amplitude und Polarität in einen ersten Leitfähigkeitszustand umschaltet und die Zufuhr des Zündimpulses bewirkt, .

daß zur Erzeugung des elektrischen Signals eine Zündzeitpunkt-Steuerschaltung vorgesehen ist, die bei jedem Zyklus der Verbrennungsmaschine wenigstens einen ersten und einen zweiten Impuls mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung erzeugt, die dem zeitlichen Abstand zwischen einem ersten, für Betriebsdrehzahlen der Verbrennungsmaschine und einem zweiten, für Anlaßdrehzahlen geeigneten Zündzeitpunkt entspricht, daß der zweite Impuls dem zweiten Zündzeitpunkt zugeordnet ist und bei Anlaßdrehzahlen die vorbestimmte Amplitude mit der vorbestimmten Polarität übersteigt,

daß der erste Impuls eine der vorbestimmten Polarität entgegengesetzte Polarität und eine mit steigender Drehzahl ansteigende

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Amplitude aufweist,

und- daß die Zündzeitpunkt-Steuerschaltung eine erste Schaltungsanordnung aufweist, die unter Ansprechen auf einen ersten Teil des ersten Inapulses ein Zündzeitpunkt-Verschiebesignal erzeugt und dieses mit einem weiteren Teil des ersten Impuls es kombiniert, derart, daß bei Betriebsdrehzahlen das kombinierte Signal die vorbestimmte Amplitude mit der vorbestimmten Polarität zu dem ersten Zündzeitpunkt übersteigt.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauelement zwei Hauptelektroden und eine Steuerelektrode aufweist, die den Stromfluß über die Hauptelektroden steuert, daß die Zündzeitpunkt-Steuerschaltung eine Quelle zur Erzeugung der ersten und zweiten Impulse aufweist, und daß die erste Schaltungsanordnung eine Energiespeichereinrichtung enthält, die wirkungsmäßig zwischen die Quelle und die Steuerelektrode zur Erzeugung des Zündzeitpunkt-Verschiebesignals geschaltet ist.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichereinrichtung ein Kondensator ist, dessen Lade-stromkreis in Reihe die Impulsquelle, die Steuerelektrode

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und eine der Hauptelektroden des elektronischen Bauelements enthält.

4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauelement ein gesteuerter Siliziumgleichrichter mit einem Gatter, einer Anode und einer Kathode ist, daß die Zündzeitpunkt-Steuerschaltung einen Widerstand aufweist, daß der Ladestromkreis des Kondensators über die Gatter-Kathodenstrecke des Gleichrichters führt, und daß der Widerstand wirkungsmäßig zwischen dem Gatter und der Kathode des Gleichrichters liegt.

5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand den inneren Gatter-Kathodenwiderstand des Gleichrichters enthält.

6. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung eine Zener-Diode aufweist, die in den Ladestromkreis des Kondensators gesEhaltet ist, derart, daß der Kondensator über die Zener-Diofle aufgeladen wird, wenn der eine Teil des ersten Impulses die Zener-Spannung der Zener-Diode übersteigt.

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7. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauelement ein gesteuerter Siliziumgleichrichter mit einem Gatter, einer Anode und einer Kathode ist, und daß die Gatter-Kathodenstrecke des Siliziumgleichrichters in Sperrichtung eine Zener-Kennlinie besitzt und die Zenerdiode darstellt.

8. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung einen Widerstand enthält und daß die Energiespeichereinrichtung ein parallel zu dem Widerstand geschalteter Kondensator ist.

9. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung ein Bauteil mit Gleichrichtereigenschaften aufweist und daß die Energiespeichereinrichtung ein parallel zu dem Bauteil mit Gleichrichtereigens chaften geschalteter Kondensator ist.

10. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauteil ein gesteuerter Siliziumgleichrichter mit einem Gatter, einer Anode und einer Kathode ist, und daß die Zündzeitpunkt-Steuerschaltung eine Spuleneinrichtung und eine relativ zu dieser und synchron mit der Maschine be weg-

bare Einrichtung zur Erzeugung der ersten und zweiten Impulse sowoe einen Kondensator aufweist, der in einem die Spuleneinrichtung und die Gatter-Kathodenstrecke des Gleichrichters enthaltenden Reihenladestromkreis liegt.

11. Zündanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß der Spuleneinrichtung mit dem Gatter des Siliziumgleichrichters verbunden ist, daß ein Anschluß des Kondensators mit der Kathode und der andere Anschluß des ■ Kondensators mit dem anderen Anschluß der Spuleneinrichtung verbunden ist und daß ein Bauteil mit Gleichrichtereigenschaften parallel zu dem Kondensator liegt und so gepolt ist, daß es für den Anoden-Kathodenstrom über den Siliziumgleichrichter in Durchlaßrichtung geschaltet ist.

12. Zündanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand parallel zur Anoden-Kathodenstrecke des Siliziumgleichrichters und in Reihe zu dem Bauteil mit Gleichrichtereigenschaften geschaltet ist.

13. Zündanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenladestromkreis eine Zener-Diode aufweist, die unter Ansprechen auf den einen Impuls den Kondensator auflädt.

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wenn die Amplitude des Impulses die Zener-Spannung der Zener-Diode übersteigt.

14. Zündanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter-Kathodens tr ecke des Siliziumgleichrichters in Sperrichtung eine Zener-Kennlinie aufweist und die Zener-Diode darstellt.

15. Zündanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator in einem Reihenladestromkreis zwischen dem Gatter des Siliziumgleichrichters und der Spuleneinrichtung liegt.

16. Zündanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenladestromkreis einen Widerstand aufweist, der wirkungsmäßig parallel zur Gatter-Kathodenstrecke des Siliziumgleichrichters geschaltet ist.

17. Zündanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand den inneren Gatter-Kathodenwiderstand des Siliziumgleichrichters enthält.

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18. Zündanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, ' daß ein Widerstand parallel zu dem Kondensator geschaltet ist" und eine Ladezeitkonstante für den Kondensator herstellt, derart,' daß der zweite Impuls bei Anlaßdrehzahlen an das Gatter des Siliziumgleichrichters angelegt und das Zündzeitpunkt-Verschiebesignal unter Ansprechen auf einen ersten Teil des ersten Impulses bei Betriebsdrehzahlen erzeugt wird.

19. Zündanlage nach Anspruch 15, dadurch gekehrtzeichnet,' daß die Zündzeitpunkt-Steuerschaltung ein Bauteil mit Gleich richtereigenschaft aufweist, das parallel zu dem Kondensatö'r geschaltet·und so. gepolt ist, daß der Kondensator für den zweiten Impuls-kurzgeschlossen ist und dieser an das Gatter angekoppelt wird,- und daß der erste Impuls gesperrt wird, so daQ er über den Kondensator an das Gatter gelangt.

20. Zündanlage für Verbrennungsmaschinen mit einer der Verbrennungsmaschine zugeordneten Energiequelle, einem mit der Energiequelle verbindbaren und von dieser aufladbaren Speicherkondensator, einem Zündtransformator und einer elektronischen Steuer einrichtung, die zwei Hauptelektroden und eine Steuerelektrode besitzt und die Entladungdes Kondensators" über die Primärwicklung des Zündtransformators in Abhängigkei

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von einem Zeitsteuerungs signal bewirkt, welches von einer synchron mit der Verbrennungsmaschine arbeitenden Zeitsteuerungsignalquelle geliefert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitsteuerungs signal wenigstens einen ersten und einen zweiten Impuls mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung aufweist, die dem zeitlichen Abstand zwischen einem ersten, für Betriebsdrehzahlen der Verbrennungsmaschine und einem zweiten, für Anlaßdrehzahlen geeigneten Zündzeitpunkt entspricht,

daß der erste Impuls eine Polarität und der zweite Impuls die entgegengesetzte Polarität besitzt,

daß der erste Impuls einen ersten Abschnitt mit einem Anderungsverlauf in einer ersten Richtung und einen zweiten Abschnitt miteinem Anderungsverlauf in der entgegengesetzten Richtung aufweist,

daß die elektronische Steuereinrichtung auf die Impulse der entgegengesetzten Polarität, deren Amplitude eine vorbestimmte Amplitude übersteigt, anspricht und eine Entladung des Speicherkondensators einleitet,

daß ein Zeitsteuerungskondensator und Schaltmittel vorgesehen sind, die den Zeitsteuerungskondensator mit der Zeitsteuerungs signalquelle sowie der Steherlelektrode und einer der Hauptelektroden der elektronischen Steuereinrichtung verbinden, so daß der

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zweite Impuls für alle Drehzahlen der Maschine an die ■"'■-..

Steuerelektrode angelegt ist und der Zeitsteuerungskonden- , sator durch den ersten Abschnitt des ersten Impulses auf die .-.-. eine Polarität aufgeladen wird, :

und daß der Zeitsteuerungskondensator den Einfluß des zweiten Abschnittes des ersten Impulses auf die Steuerelektrode derart abändert, daß bei Anlaßdrehzahlen die elektronische Steuer-' einrichtung durch den zweiten Impuls getrlggert wird und daß bei Betriebsdrehzahlen die gemeinsame Wirkung der Ladung des Zeitsteuerungskondensators und des zweiten Abschnittes des ersten Impulses die Entladung des Speicherkondensators über die elektronische .Steuereinrichtung einleitet.

21. Zündanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerungs signalquelle einen Magneten und eine Spule aufweist, die relativ zueinander und synchron mit der Verbrennungsmaschine bewegbar und so ausgelegt sind, daß in der Spule ein negativer Impuls,, der den ersten Impuls darstellt, und dann ein positiver Impuls,, der den zweiten Impuls darstellt, induziert werden,

daß parallel zu dem Zeitsteue rungs kondensator liegende Scfealtmittel den zweiten Impuls bei allen Drehzahlen an die Steuer- ' elektrode ankoppeln,

daß der zweite Impuls bei allen Drehzahlen der Maschine eine solche Polarität und Amplitude besitzt, um die Stromleitung über die Hauptelektroden der elektronischen Steuereinrichtung einleiten zu können,

und daß Schaltmittel unter Ansprechen auf einen negativ gerichteten Abschnitt des negativen Impulses in Tätigkeit treten, um den Kondensator mit einer Polarität aufzuladen, die die elektronische Steuereinrichtung zum Leiten zu bringen sucht, so daß, wenn der negative Impuls einen maximalen negativen Wert erreicht und dann seine Steigung in positive Richtung umkehrt, die Ladung des Kondensators bei Betriebsdrehzahlen ausreicht, um die Entladung des Speicherkondensators über die elektronisöche Steuereinrichtung zu einem Zeitpunkt einzuleiten, der mit Bezug auf den Zyklus der Verbrennungsmaschine gegen den Zeitpunkt verschoben ist, bei dem die Entladung des Speicherkondensators für Anlaßdrehzahlen eingeleitet wird.

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