DE1937827B2

DE1937827B2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1937827B2
Application number: DE1937827A
Authority: DE
Inventors: Georg 8500 Nuernberg Gemander; Kurt Dipl.-Ing. 7030 Boeblingen Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-07-25
Filing date: 1969-07-25
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE1937827C3; US3678913A; YU32509B; DE1937827A1; YU187570A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Zündanlagen zeichnen sich dadurch aus, daß sie trotz kleiner baulicher Abmessungen ihres Stromerzeugers im Stande sind, eine relativ hohe elektrische Leistung für zusätzliche Verbraucher abzugeben.

Bei einer bekannten Zündanlage dieser Art ist der Stromerzeuger mit einem sternförmig ausgebildeten Ankerkern, einer Vielzahl von darauf angeordneten Generatorwick'.ungen sowie mit einem Rotor versehen, der eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist (FR-PS 27 371). Da sowohl die Ladewicklungen als auch die Steuerwicklungen der Zündanlage ebenso wie weitere Generatorwicklungen zur Versorgung anderer Verbraucher auf den sternförmig abstehenden Teilen des Ankerkerns befestigt sind, muß am Polrad eine sogenannte Pollücke angebracht werden, um den mit jeder Umdrehung des Polrades nur einmal zu erzeugenden Steuerimpuls zur Auslösung des Zündvorganges zu gewinnen. Diese Pollücke wird entweder durch fehlende Polschuhe oder durch unmagnetische Polschuhe gebildet. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die in den Generatorwicklungen erzeugte elektrische Leistung durch die Pollücke im Polrad herabgesetzt ist, so daß insbesondere bei batterielosen Kraftfahrzeugen wie beispielsweise bei Schneemobilen die Versorgung zahlreicher zusätzlicher Verbraucher nicht in ausreichendem Maße gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Zündanlage dahingehend weiter zu entwickeln,

daß eine Erzeugung von Steuerimpulsen durch den Stromerzeuger möglich ist, ohne dabei die elektrische Leistung der übrigen Generatorwicklungen durch eine Pollücke des Polrades zu beeinträchtigen.

Dies wird durch die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmaien des Hauptanspruchs erreicht. Durch die Anordnung einer oder mehrerer Steuerwicklungen auf einem radial nach innen gerichteten Jochstück und dem an der Roton;abe angeordneten Steuermagneten ist es möglich, das Polrad an seinem gesamten Umfang mit wirksamen Polen zu versehen und damit in den Generatorwicklungen maximale Leistungen zu erzeugen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Solche, die Erfindung weiter ausgestaltende Einzelheiten und Merkmale werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen in einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen verwendeten Stromerzeuger nach der Erfindung,

Fig.2 die im Stromerzeuger befindliche Versorgungswicklung, mit dem von ihr gespeisten Verbraucherstromkreis,

F i g. 3 die durch den Stromerzeuger nach F i g. 1 betreibbare Zündanlage und:

F i g. 4 eine weitere, durch den Stromerzeuger nach F i g. 1 betreibbare Zündanlage.

Der Stromerzeuger nach F i g. 1 ist für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine bestimmt, die zum Antrieb eines Fahrzeuges dienen soll. Dieser Stromerzeuger weist einen kranzförmigen Stator 11 auf, der aus magnetisch leitendem Material besteht. Am Außenumfang des Stators 11 befinden sich radial abstehende Ankerzähne 12', 12", von denen die Ankerzähne 12' spulenartige Wicklungsteile 13 und die Ankerzähne 12" spulenartige Wicklungsteile 14 tragen. Sämtliche Wicklungsteile 13 sind mittels Verbindungsleitungen 15 in Serie geschaltet und bilden in ihrer Gesamtheit eine Versorgungswicklung 16 (F i g. 2), die an ihren beiden Enden 17, 18 die Anschlußklemmen 17', 18' aufweist. Sämtliche Wicklungsteile 14 sind mittels der Verbindungsleitungen 19 ebenfalls in Serie geschaltet und bilden in ihrer Gesamtheit eine Ladewicklung 20 (F i g. 3 und 4), die an ihren beiden Enden 21, 22 die Anschlußklemmen 2Γ und 22' aufweist.

Im Beispielsfall wird von vier Ankerzähnen 12" je ein zur Ladewicklung 20 gehörendes Wicklungsteil 14 getragen. Es ist jedoch auch möglich, daß die Ladewicklung 20 durch ein einziges, auf einem einzigen Ankerzahn 12" sitzendes Wicklungsteil 14 gebildet wird.

Der Stromerzeuger besitzt ferner einen Rotor 23, der mittels einer fest mit ihm verbundenen Nabe 24 auf der Kurbelwelle 25 der Brennkraftmaschine sitzt. Dabei ist der Rotor 23 gegenüber der Kurbelwelle 25 durch einen Keil 26 gegen Verdrehen gesichert und somit während des Betriebes von der Brennkraftmaschine in Rotation versetzbar. Ferner sind an dem Rotor 23 Magnete 27 befestigt, die an ihren den Ankerzähnen 12', 12" gegenüberliegenden Stirnseiten abwechselnd einen Nordpol Λ/und einen Südpol 5 aufweisen. Um eine feste Lage der Magnete zu gewährleisten, empfiehlt es sich, die in Umfangsrichtung zwischen den Magneten 27 vorhandenen Räume 28 mit einem magnetisch nichtleitenden Material, beispielsweise mit Gießharz, auszufüllen

Die von den Magneten 27 in der Versorgungswicklung 16 induzierte Spannung wird zur Speisung von in dem Fahrzeug befindlichen Stromverbrauchern, vorzugsweise zur Speisung der Lampen 29 enthallenden, durrh einen Schalter 30 einschaltbaren Lichtanlage des Fahrzeuges verwendet (Fig.2). Diese Lichtanlage ist daher an die Anschlußklemmen 17', 18' der Versorgungswicklung 16 angeschlossen. Dabei kann in an sich bekannter Weise zwischen der Lichtanlage und der Versorgungswicklung 16 ein nicht dargestellter Spannungsregler vorgesehen sein.

Die von den Magneten 27 in der Ladewicklung 20 induzierte Spannung wird zum Aufladen wenigstens eines Zündkondensators 31 verwendet (Fig.3). Dabei können infolge einer vorgesehenen Ladediode 32 die induzierten Spannungshalbwellen nur einer Polarität von den Anschlußklemmen 2Γ, 22' an den Zündkondensator 31 gelangen und diesen aufladen. Der Zündkondensator 31 hat im Nebenschluß die aus der Primärwicklung 33 eines Zündtransformator 34 und der Schaltstrecke A — K eines als Thyristor ausgebildeten elektronischen Schalters 35 bestehende Serienschaltung, über die er sich dann entladen kann, wenn eine geeignete, im Beispielsfall eine positive Steuerspannung bestimmter Höhe an eine am elektronischen Schalter 35 vorgesehene Steuerelektrode S gelangt Dabei wird die Schaltstrecke A—K des elektronischen Schalters 35 in den stromdurchlassenden Zustand gesteuert und somit der Entladekreis des Zündkondensators 31 geschlossen. Hierdurch entsteht in der Sekundärwicklung 36 des Zündtransformators 34 ein Hochspannungsstoß, der einer Zündkerze 37 zugeführt wird und dort zur Entflammung des in einem Zylinder der Brennkraftmaschine komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches einen Zündfunken hervorruft.

Die zur Umsteuerung des elektronischen Schalters 35 dienende Steuerspannung wird von einer Steuerwicklung 38 zur Verfügung gestellt, die auf einem Jochstück 39 sitzt und an ihren beiden Wicklungsenden 40, 41 Anschlußklemmen 40', 4Γ aufweist (Fig. 1). Das jochstück 39 befindet sich am Stator 11 und steht gegenüber den Ankerzähnen 12', 12" in entgegengesetzter Richtung radial ab. Es befindet sich somit am Innenumfang des kranzförmigen Stators 11 und ist auf die Nabe 24 gerichtet. Die Nabe 24 besteht aus magnetisch nichtleitendem Material und enthält einen Steuermagnet 42, der in das magnetisch nichtleitende Material eingebettet und während des Betriebes an dem Jochstück 39 vorbeibewegbar ist Durch eine solche Unterbringung der Steuerwicklung 38 wird wenig Raum von ihr beansprucht und für den Aufbau ihres magnetischen Kreises kein besonderer Aufwand benötigt.

Das Jochstück 39 wird zweckmäßig durch zwei in den Stator 11 eingearbeitete Aussparungen 43,44 begrenzt, die zur Aufnahme der Steuerwicklung 38 Verwendung finden. Dabei ist der Steuermagnet 42 unter Überbrükkung jeweils einer dieser beiden Aussparungen 43, 44 sowohl mit seinem Nordpol N als auch mit seinem Südpol 5 an der Stirnseite 45 des Jochstückes 39 vorbeibewegbar.

Um eine ausgeprägte Steuerspanriung zu erhalten, ist die in Drehrichtung η vor dem Jochstück 39 liegende Aussparung 43 hinsichtlich ihrer Länge / in Umfangsrichtung wenigstens annähernd so groß wie der Abstand zwischen dem Nordpol N und dem Südpol S des Steuermagneten 42 gewählt.

Damit die auseeoräete SteuersDannune nur bei der

richtigen Drehrichtung η der Brennkraftmaschine auftritt, ist das Jochstück 39 durch Abschrägen seiner Stirnseite 45 so geformt, daß, wenn sich der Steuermagnet 42 in der richtigen Drehrichtung η an dem Jochstück 39 vorbeibewegt, der Abstand zwischen diesem Steuermagnet 42 und diesem Jochstück 39 vergrößert wird. Diese Maßnahme läßt sich noch dadurch verbessern, daß der Stator 11 in demjenigen Bereich b, der sich an die in Drehrichtung η hinter dem Jochstück 39 liegende Aussparung 44 anschließt ebenfalls durch Abschrägen so geformt ist, daß, wenn sich der Steuermagnet 42 in der richtigen Drehrichtung η an diesem Bereich b vorbeibewegt, der Abstand zwischen diesem Steuermagnet 42 und diesem Stator 11 vergrößert wird.

Durch Anwendung des beschriebenen Stromerzeugers ist es möglich, vor jedem Zündvorgang mehrere in der Ladewicklung 20 induzierte Spannungshalbwellen für die Aufladung des Zündkondensators 31 auszunutzen, wodurch in den Zündkondensator 31 so viel Energie gespeichert werden kann, daß auch bei stark verrußter Zündkerze 37 noch mit Sicherheit ein Zündfunke auftritt.

Der für den Aufbau des Stromerzeugers erforderliche Isolationsaufwand läßt sich dadurch herabsetzen, daß die Ladewicklung 20 sowohl während der in ihr induzierten positiven Halbwelle als auch während der in ihr induzierten negativen Halbwelle elektrisch belastet wird. Bei der an dem Stromerzeuger angeschlossenen Zündanlage nach F i g. 3 geschieht das in der Weise, daß die in der Ladewicklung 20 induzierten Spannungshalbwellen der einen Polarität über die von diesen Spannungshalbwellen in Durchlaßrichtung beanspruchte Ladediode 32 dem Zündkondensator 31 zugeführt werden und daß mit den in der Ladewicklung 20 induzierten Spannungshalbwellen der anderen Polarität ein im Nebenschluß zur Ladewicklung 20 liegender Schaltungszweig gespeist wird, der wenigstens eine von den letztgenannten Spannungshalbwellen in Durchlaßrichtung beanspruchte Belastungsdiode 46 enthält. Dabei empfiehlt es sich in den meisten Fällen, die Belastungsdiode 46 mit einem Belastungswiderstand 47 in Serie zu schalten.

Des weiteren ist in F i g. 3 die Steuerwicklung 38 an ihrer einen Anschlußklemme 40' über eine nur positive Steuerspannung durchlassende Diode 48 mit der Steuerelektrode S und an ihrer anderen Anschlußklemme 41' mit der Kathode K des als Thyristor ausgebildeten elektronischen Schalters 35 verbunden. Dabei ist außerdem an diese Steuerelektrode S und diese Kathode K sowohl ein Kondensator 49 als auch ein Bemessungswiderstand 50 angeschlossen. Der Kondensator 49 dient zum Kurzschließen von hochfrequenten Störwellen, wogegen der Widerstand 50 zur Festlegung des für den elektronischen Schalter 35 bestimmten Steuerpotentials Verwendung findet.

Die Belastung der Ladewicklung 20 sowohl während der in ihr induzierten positiven Spannungshalbwelle als auch während der in ihr induzierten negativen Halbwelle kann auch in der Weise geschehen, wie das in F i g. 4 gezeigt ist. Dort entspricht der auf der rechten Seite der Ladewicklung 20 liegende Schaltungsteil der Zündanlage nach Fig.3 (ohne Belastungsdiode 46 und ohne Belastungswiderstand 47). Es wird daher für die in gleicher Weise wirkenden Schaltungselemente dieselbe Bezeichnung wie in Fig. 3 verwendet, und auf eine nochmalige eingehende Beschreibung des Aufbaus sowie der Wirkungsweise dieses Schaltungsteils verzichtet.

Die Zündanlage nach F i g. 4 ist für eine Zweizylinder-Brennkraftmaschine bestimmt, wobei das komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem einen Zylinder durch

, die Zündkerze 37 und in dem anderen Zylinder durch eine Zündkerze 51 entflammt wird. Demzufolge werden die in der Ladewicklung 20 induzierten Spannungshalbwellen der einen Polarität von den Anschlußklemmen 2Γ, 22' über die von diesen Spannungshalbwellen in

in Durchlaßrichtung beanspruchte Ladediode 32 dem Zündkondensator 31 und die in der Ladewicklung 20 induzierten Spannungshalbwellen der anderen Polarität von den Anschlußklemmen 2Γ, 22' über eine von den letztgenannten Spannungshalbwellen in Durchlaßrich-

ii tung beanspruchte Ladediode 52 einem weiteren Zündkondensator 53 zugeführt. Der weitere Zündkondensator 53 hat ebenfalls im Nebenschluß die aus der Primärwicklung 54 eines Zündtransformators 55 und der Schaltstrecke A'— K'eines als Thyristor ausgebilde-

.•II ten elektronischen Schalters 56 bestehende Serienschaltung. Die Sekundärwicklung 57 des Zündtransformators 55 ist an die Zündkerze 51 angeschlossen. Der weitere, als Thyristor ausgebildete elektronische Schalter 56 hat ebenfalls eine Steuerelektrode 5', von der eine eine nur

_'-> positive Steuerspannung durchlassende Diode 58 enthaltende Verbindung zu der Anschlußklemme 59' einer weiteren Steuerwicklung 60 führt, deren andere Anschlußklemme 6Γ an der Kathode K' angeschlossen ist. Auch hier liegt an dieser Steuerelektrode S'und an

in dieser Kathode K' sowohl ein zum Kurzschließen von Störwellen dienender Kondensator 62 als auch ein zur Bemessung des Steuerpotentials dienender Widerstand 63. Die zur Erzeugung der Steuerspannung für den weiteren elektronischen Schalter 56 dienende Steuer-

i-> wicklung 60 ist ebenfalls im Stromerzeuger nach F i g. 1 untergebracht. Diese Steuerwicklung 60 sitzt auf einem weiteren Jochstück 64, das sich von dem Jochstück 39 lediglich dadurch unterscheidet, daß es am Innenumfang des Stators 11 um 180° versetzt ist. Die die

4Ii Anschlußklemmen 59', 6Γ tragenden Enden der weiteren Steuerwicklung 60 sind mit 59 und 61 bezeichnet.

Bei der Zündanlage nach F i g. 4 wird zunächst an der Zündkerze 37 ein Zündfunke in der bereits beschriebe·

■r, nen Weise erzeugt, und nach einer weiteren halber Umdrehung des Rotors 23 ein Zündfunke an der Zündkerze 51 ausgelöst. Wenn sich nämlich dei Steuermagnet 42 an dem die weitere Steuerwicklung 6C tragenden Jochstück 64 vorbeibewegt, gelangt vor

-,Ii dieser Steuerwicklung 60 über die Diode 58 eine positive Steuerspannung an die Steuerelektrode S' wodurch die Schaltstrecke A'-K'des elektronischer Schalters 56 in den stromdurchlassenden Zustanc gesteuert wird und sich der weitere Zündkondensatoi

v, 53 über die Primärwicklung 54 des Zündtransformator!

55 entladen kann. Das hat einen Hochspannungsstoß ir der Sekundärwicklung 57 und somit einen Zündfunker in der Zündkerze 51 zur Folge.

Damit in dem Entladekreis keine unerwünschter

mi Schwingungsvorgänge auftreten, empfiehlt es sich, dei Primärwicklung 33 bzw. 54 in an sich bekannter Weisi eine Diode 65 bzw. 66 parallel zu schalten.

Es ist selbstverständlich auch möglich, daß von den ir der Ladewicklung 20 induzierten Spannungshalbwellei

i>-. gleicher Polarität ein einziger Zündkondensator aufge laden wird und an diesen Zündkondensator mehren Entladekreise angeschlossen werden, die jeweils dii Primärwicklung eines mit seiner Sekundärwicklung ai

einer Zündkerze liegenden Zündtransformators und die Schaltstrecke eines steuerbaren elektronischen Schalters enthalten, wobei die Umsteuerung dieser elektronischen Schalter jeweils durch eine von mehreren in dem Stromerzeuger untergebrachte Steuerwicklungen erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Stromerzeuger, dessen von der Brennkraftmaschine angetriebener Rotor mehrere abwechselnd gepolte Dauermagnete aufweist, deren Polflächen mehreren, radial nach außen abstehenden Ankerzähnen eines kranzförmigen Stators gegenüberstehen, wobei die Ankerzähne Versorgungswicklungen für Verbraucher sowie eine Ladewicklung zur Aufladung wenigstens eines Zündkondensators tragen, der über die Primärwicklung eines sekundärseitig mit einer Zündkerze verbundenen Zündtransformators und ein dazu in Reihe liegendes, steuerbares Schaltelement entladbar ist, indem das Schaltelement durch Anlegen einer Steuerspannung umschaltbar ist, welche in einer Steuerwicklung zu erzeugen ist, die auf einem Jochstück des Stators angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Jochstück (39) gegenüber den die Versorgungswicklung (16) sowie die Ladewicklung (20) tragenden Ankerzähnen (12', 12") vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung radial nach innen absteht und mit einem zusätzlichen Steuermagneten (42) des Rotors (23) zusammenwirkt, der an der Rotornabe (24) angeordnet ist und während des Betriebes an der Stirnseite (45) des Jochstückes (39) vorbeibewegbar ist.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (23) des Stromerzeugers zu seiner Lagerung eine aus magnetisch nichtleitendem Material bestehende Nabe (24) besitzt, in die der Steuermagnet (42) eingebettet ist.

3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Jochstück (39) des Stators (11) des Stromerzeugers zwischen zwei in den Stator (11) eingearbeitete, die Steuerwicklung (38) aufnehmende Aussparungen (43, 44) befindet und der Steuermagnet (42) unter Überbrückung jeweils einer dieser beiden Aussparungen (43, 44) sowohl mit einem Nordpol (N) als auch mit einem Südpol (SMn der Stirnseite (45) des Jochstückes (39) vorbeibewegbar ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Drehrichtung (n) vor dem Jochstück (39) liegende Aussparung (43) hinsichtlich ihrer Länge (1) in Umfangsrichtung wenigstens annähernd so groß wie der Abstand zwischen dem Nordpol (N) und dem Südpol (S) des Steuermagneten (42) gewählt ist.

5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Jochstück (39) des Stators (11) des Stromerzeugers an seiner Stirnseite (45) so geformt ist, daß sich der Abstand zwischen dem Jochstück (39) und dem Steuermagneten (42) beim Vorbeibewegen desselben vergrößert.

6. Zündanlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) des Stromerzeugers in demjenigen Bereich (b), der sich an die in Drehrichtung hinter dem Jochstück (39) liegende Aussparung (44) anschließt, so geformt ist, daß sich der Abstand zwischen dem Stator (11) und dem Steuermagneten (42) beim Vorbeibewegen desselben vergrößert.

7. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ladewicklung (20) des Stromerzeugers induzierten Spannungshalbwellen, die nicht über eine von diesen Spannungshalbwellen in Durchlaßrichtung beanspruchte Ladediode (32)

dem Zündkondensator (31) zugeführt werden, einen im Nebenschluß zur Ladewicklung (20) liegenden Schaltungszwcig versorgen, der wenigstens eine von den zuletzt genannten Spannungshalbwellen in Durchlaßrichtung beanspruchte Belastungsdiode (46) enthält, die mit einem Belastungswiderstand (47) in Serie geschaltet ist.

8. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ladewicklung (20) des Stromerzeugers induzierten Spannungshalbwellen der einen Polarität über eine von diesen Spannungshalbwellen in Durchlaßrichtung beanspruchte Ladediode (32) und die in der Ladewicklung (20) induzierten Spannungshalbwellen der anderen Polarität über eine weitere, von den letztgenannten Spannungshalbwellen in Durchlaßrichtung beanspruchte Ladediode (52) wenigstens einem weiteren Zündkondensator (53) zugeführt werden, wobei der weitere Zündkondensator (53) ebenfalls jm Nebenschluß eine Serienschaltung aufweist, die aus der Schaltstrecke (A'-K') eines mit einer Steuerelektrode (S') versehenen elektronischen Schalters (56) und der Primärwicklung (54) eines mit seiner Sekundärwicklung (57) an einer Zündkerze (51) liegenden Zündtransformators (55) besteht.

9. Zündanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Steuerspannung für den dem weiteren ZUndkondensator (53) zugeordneten elektronischen Schalter (56) eine weitere Steuerwicklung (60) vorgesehen ist, die auf einem weiteren Jochstück (64) des Stators (11) des Stromerzeugers sitzt, das sich von dem anderen Jochstück (39) lediglich dadurch unterscheidet, daß es in Umfangsrichtung versetzt ist.