DE1958570A1 - Kondensator-Zuendsystem fuer Verbrennungsmotore - Google Patents

Description

PATENTANWALT

8MDNCHEN71.21. November 1969

MdchioratraBa 42

item zeich.«= M67P-305

Motorola, Inc." 9401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

Kondensator-Zündsystem für Verbrennungsmotore

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem auf der Basis einer " Kondensatorentladung für Verbrennungsmotore mit einer Triggerschaltung zum Entladen des Zündkondensators in einer zeitlichen Abhängigkeit von der Motordrehzahl und einer Generatorvorrichtung, die sich vom Motor angetrieben an einer Wicklung vorbeibewegt und eine Spannung zum Laden des Zündkondensators nach dessen Entladung in der Wicklung erzeugt.

Zündsysteme nach dem Prinzip der Kondensatorentladung sind zur Verwendung bei Verbrennungsmaschinen fdr Kraftfahrzeuge, Bootsmotore, Plugzeuge, stationäre Antriebe u.s.w. bekannt. Bei vielen dieser Anwendungsarten ist es wünschenswert, dass das Zündsystem so wenig wie möglich Raum beansprucht und ausserdem von geringem Gewicht ist. Infolgedessen wurden bereits mechanische Teile eines derartigen Zündsystems durch

Fs/wi elektronische

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elektronische ersetzt* Überdies muss aus Konkurrenzgründen der Preis für elektronische Zündsysteme im Vergleich mit mechanischen günstig sein· Bei den meisten auf dem Prinzip einer Kondensatorentladung beruhenden Zündsystemen findet ein Schwungrad Verwendung, das in einer Spule die zum Aufladen de» Zündkondensators erforderliche Spannung erzeugt. Für die Ladewicklung und die Wicklung zur Erzeugung eines hohen Zündimpulses werden unterschiedliche Spulen verwendet, wodurch sich die Kosten und die Grosse derartiger Zündsysteme erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf einer Ent-"' ladung des Kondensators beruhendes Zündsystem für Verbrennungsmaschinen zu schaffen, das im Vergleich zu bisher bekannten Zündsystemen dieser Art sehr kompakt aufgebaut werden kann und billiger herzustellen ist. Ferner soll das Zündsystem eine grössere Zuverlässigkeit aufweisen als mechanische Zündsysteme.

Ausgehend von dem eingangs erwähnten Zündsystem wird diese Aufgabe erfindungsgemass dadurch gelöst, dass ein Transformator mit einer ersten Wicklung, in der eine Spannung zum Laden des Zündkondensators beim Passieren der Generatorvorrichtung erzeugt wird, und eine zweite Wicklung vorhanden isife, die mit dem Zündkondensator verbunden ist und auf dessen Entladung · über die Triggerschaltung anspricht, um ein Potential in der

ersten Wicklung zu induzieren, und um dadurch einen hohen Spannungsimpuls zu erzeugen, der einer Zündkerze zum Zünden des Motors zuführbar ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Zündsystems gemäss der Erfindung ist Gegenstand von Unteransprüchen.

Das nach den Merkmalen der Erfindung aufgebaute, besonders vorteilhafte Zündsystem umfasst einen Generator mit einem an dem Schwungrad der Verbrennungsmaschine befestigten Permanentmagneten, der in einer Ladewicklung jeweils einen wechselnden

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Spannungsimpuls mit verhälttiismässig niederer Amplitude erzeugt, wenn der Permanentmagnet die Ladewicklung passiert. Die Folgefrequenz dieser wechselnden Spannungsimpulse ist proportional der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades. Ein Teil dieser wechselnden Spannung besitzt eine Polarität, die eine zwischen die Ladewicklung und einen Zündkondensator geschaltete Festkörperdiode in Durchlassrichtung vorspannt und dadurch den Zündkondensator auflädt. Die Ladewicklung ist ferner mit der Zündkerze verbunden. Zum Entladen des Zündkondensators wird ein Halbleitertyristor über eine Koppelspule ge- . zündet, welche induktiv mit der Ladewicklung gekoppelt ist. Die in der Ladewicklung auf Grund der Entladung des Zündkondensators induzierte Spannung besitzt eine umgekehrte Polarität und bewirkt ein Hochtransformieren der Amplitude der an der Zündkerze wirksamen Spannung, wodurch der Zündfunke ausgelöst wird. Diese umgekehrte Polarität des hochgespannten Zündimpulses sperrt die Festkörperdiode, welche somit den Zündimpuls von dem Zündkondensator fernhält. Der Tyristor kann ζ.8. von einem Triggersignal gezündet werden, das von einer Triggerwicklung geliefert wird, die in einer bestimmten räumlichen Zuordnung zu der Bewegungsbahn des Permanentmagneten am Schwungrad steht. Das Triggersignal kann auch von einem Basiszeit-Netzwerk geliefert werden, das einen zwischen den Zündkondensator und die Steuerelektrode des Tyristors geschalteten Steuerkondensator aufweist. Das Abfallen der Impedanz des Steuerkondensators mit zunehmender Frequenz der Lade- ^x spannung, wobei die Drehzahl des Schwungrades entsprechend zunimmt, bewirkt eine Triggerung des Tyristors mit einem Signal, dessen Augenblicks-Amplitude proportional der Drehzahl der Verbrennungsmaschine ist. Damit wird automatisch eine entsprechende Vorverschiebung des Zündzeitpunktes mit ansteigender Drehzahl bewirkt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigen: ... , ......

- 3 - Fig. 1

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Fig. 1 das Schaltbild eines auf einer kapazitiven Entladung beruhenden Zündsystems gemäss der Erfindung]

Fig« 2 eine weitere Ansffitomgsfom des Züadeyetese geaass Fig. 1,

Geaass ?ig. 1 ist ein JPeraaneataag&et 11 ±m öefaag. eines Sc!araiigr&a«s IJ asgeordast, weleites syaclsroa sit der Earbelwelle einer Ve^ijyennan^aascMjie im itoseigersiEa Tsuiraft» Sios. iastewieklusg 17 eines Hoeltepssmmgsgeaeraifeore ^d eine

19 sind derart is ifsfasgsibereieh. des Sab.wong-

rades 15 sigeoj?anet_t aase des Pe^saaeniimapiet 11 bei der BrebHBg des Schwaagrades as diesem VOTtseigeßilsrii' wild* Zwischen der iadewicklttJig 17 und der Iriggenrickiuag 19 bestellt

induktive Ropplong. Menn sieb äer feraaaent-11 ^i dei⁴ Badewieklisag 17 «^e^ dar Tri^er-slckliHLg 19 weisen die ¥iiÄiii^ea vom magnetischen Fluss

darin eine lepelsspenmaig wechselnder Polarität erzeugt» Die lagilitude dieser Impulse ändert sieh Mit der Geseinriadigkeit des Pei«att#ntBapieten_¥ welche ihrerseits von der Drehgeschwindigkeit des Schwungrades 15 abhängt.

Die eine Seite der Ladewicklung 1? ist sowohl über eine Zündkerze 21 mit Hasse oder einem Bezugspotential als auch an die Anode 23 einer elektrorfechen Steuereinrichtung» z.B. einer Hochspanaungsdiode 2^, angeschlossen· Die Hochspannungsdiode 24 besitzt eine ausreichend hohe 5pitzensperr8pannung_t so dass sie Sperrspannungen widerstehen kann, der&n Amplituden über den Amplituden der verwendeten Zündspannungen liegen. Ein Zündkondensator 2? ist mit seiner einen Seite an die Kathode 25 der Diode 24 angeschlossen. Die andere Seite des Zündkondensators 27 liegt an Hasse bzw» dem Besugspotential·

Die Anode 23 eines steuerbaren Stromtores _f z.B· eines stors JIj ist mit dem Zündkondensator 2? verbunden. Me Steuer-

- 4 - elektrode

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elektrode 33 des Tyristors liegt an der einen Seite der Triggerwieklung 19* wogegen die Kathode 35 sowohl mit dem anderen Ende der Triggerwicklung 19 als auch mit dem einen Ende einer Primärwicklung 37 verbunden ist, die als Koppelwicklung dient. Das andere Ende der Primärwicklung 37 liegt ebenfalls an Masse* Diese Primärwicklung 37 ist induktiv mit der Ladewicklung 17 gekoppelt. Jegliche von der Primärwicklung 37 i& der Ladewicklung 17 induzierte Spannung wird aaplitudenmässig hochtransformiert und in der Polarität umgedreht.

Im Betrieb induziert der an der Ladewicklung 17 vorbeigeführte Permanentmagnet 11 eine wechselnde Spannung. Teile dieser Spannung "besitzen eine geeignete Polarität» um die Diode 24 in Durchlassrichtung vorzuspannen und dadurch den Zünakondensator 27 auf eine Spannung derselben Polarität aufzuladen. So bald lieh der Permanentmagnet der Triggerwicklung 19 nähert, wird eint Spannung mit wechselnder Polarität an die Torelektrode 33 und die Kathode 35 des Tyristors 31 angelegt. Wenn die Kathode 35 des Tyristors auf einem positiven Potential gegenüber der Torelektrode 33 liegt, ist der Tyristor in Sperrichtung vorgespannt und somit nicht leitend. Eine Diode JS und tin damit in Serie geschalteter Begrenzungswiderstand 40 liegen zwischen der Steuerelektrode 33 und der Kathode 35 und schützen damit die Sperrschicht des Tyristors zwischen der Kathode und der Steuerelektrode vor dieser in Sperrichtung wirkenden Vorspannung» Wenn die Kathode 35 gegenüber^ der Steuerelektrode 33 auf einem negativen Potential liegt, wird der Tyristor leitend, so bald die Amplitude dieser in Durchlassrichtung wirkenden Spannung die Zündspannung des Tyristora übersteigt· Der leitende Tyristor 31 entlädt den Zündkonden« iator 27 über die Primärwicklung 37 nach Masse«

Die durch die Entladung des Zündkondensators 27 an der Wicklung 37 wirktame Spannung besitzt die gleicht Polarität wie die anfänglich vom Permanentmagneten 11 1λ der Lafewicklung

'. * 5 - induzierte

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induzierte Spannung. Die Primärwicklung 37 und die Ladewicklung 17 ändern diese relativ niedere Spannung an der Primärwicklung 37 induktiv in eine Zündspannung an der Ladewicklung 17, die eine ansteigende Amplitude und eine umgekehrte Polarität aufweist. Biese ansteigende Amplitude der Zündspannung is£ ausreichend, um einen Funken hoher Leistung an der Zündkerze 21 auszulösen, lerner wird durch die umgekehrte Polarität die Hochspannungsdiode 24 in Sperrichtung vorgespannt, so dass diese nicht leitend wird und damit den Sündkondensator 27 vor dieser Zündspannung schützt. Damit wird hei Jeder Brehung des Schwungrades ein täadfonke aa der Zündkerze 21 erzeiigfe, Die fimkeaMmfiskeit ändert sieh direkt «it der ¥inkeigeschwiadigkeife oder der BzgimatiL des Sobirsagractes 11 mtä. hängt so«it? voa des Yerbreaimegssetors aiu

die I^despaiinung für den Zündköndensator 27 in der

-worn Äs^aniarti^gDetea 11 ii^iisiert wlrd^ νίτά.

auch aij^e Ileclisalspaiyaii^ mit verringerter l^liimä© mit die 57 induktiv gekoppelt, lins Diode #2, die pa~

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den Zündköndensator und als Sekundärwicklung des Transformators zum Hochtransformieren der Spannung verwendet, wodurch sich die Kosten, das Gewicht und der Raumbedarf,der dadurch ersetzten Wicklung einsparen lassen.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des auf einer kapazitiven Entladung beruhenden Zündsystems dargestellt, das mit einem Basiszeit-Netzwerk versehen ist, welches zwischen dem Zündkondensator 27a und der Steuerelektrode 33a des Tyristors angeordnet ist. Dieses Basiszeit-Netzwerk dient der Vorverstellung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Parallel zum Zündkondensator 27a ist in Serie ein Widerstand 41 und ein Potentiometer 43 geschaltet. Der Schleifer 45 des Potentiometers liegt über einen Eoppelkondensator 47 an der Steuerelektrode 33a des Tyristors, um diesem Triggersignale zuzuführen.

Der Zündkondensator 27a wird von der magnetisch in der Ladewicklung 17ä induzierten Energie aufgeladen. Die Augenblicksamplitude der Ladespannung am Zündkondensator 27a steigt an, wenn sich der Permanentmagnet 11a der Ladewicklung 17a nähert. Diese Ladespannung mit ansteigender Amplitude wird an die Steuerelektrode 33a des Tyristors so lange angelegt, bis diese den Zündschwellwert übersteigt und damit den Tyristor 31a leitend macht. Der Zündkondensator 27a wird sodann über den Tyristor 31a entladen, um damit einen Zündfunken an der Zündkerze 21a auszulösen. ·

Dieser Zündfunke bzw. der Zündimpuls muss zu einem Zeitpunkt vor dem Erreichen des oberen Totpunktes des Kompressionshubs des Kolbens auftreten. Die Länge des.Zeitintervalles zwischen dem Zündimpuls und dem oberen Totpunkt entspricht dem Betrag der Zündverschiebung in Richtung einer Frühzündung. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, verschiebt sich auch bei Verbrennungsmaschinen entsprechend der günstige Zündzeitpunkt in

- 7 - Richtung

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Richtung einer zunehmenden Frühzündung. Mit ansteigender Motordrehzahl verringert sich der kapazitive Widerstand des Koppelkondensators 47 infolge de stufigeren Wechsels der Lade spannung, so dass die über den Widerstand 41, das Potentiometer 43, den Koppelkondensator 47 zur Steuerelektrode 33a des Tyristors übertragene Zündenergie früher angelegt wird und somit den Zündzeitpunkt entsprechend der augenblicklichen Motordrehzahl weiter vorverlegt. Diese Verschiebung des Zündzeitpunktes wird somit automatisch von der Änderung der Motordrehzahl bestimmt. Überdies kann durch eine Einstellung des Potentiometers 43 die Zeitkonstante des Basiszeit-Netzwerkes verändert und damit der Betrag der Frühzündung entsprechend unterschiedlicher Anforderungen eingestellt werden.

Mit Hilfe dieser zweiten Aus führ -angs form der Erfindung lässt sich In vorteilhafter Weise der Zündungezeitpunkt einstellen und automatisch vorverlegen* Dieser Tortsil tritt zusätzlich zu den Einsparungen an Kosten, Gewicht und Platzbedarf auf, der sich aus dem erfindiangsgeffiässeD. Zündsystea ergibt,

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Zündsystem auf der Basis einer Kondensatorentladung für Verbrennungsmotore mit einer Triggerschaltung zum Entladen des Zündkondensators in einer zeitlichen Abhängig- ' keit von der Motordrehzahl und einer Generatorvorrichtung, die sich vom Motor angetrieben an einer Wicklung vorbeibewegt und eine Spannung zum Laden des Zündkondensators nach dessen Entladung in der Wicklung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transformator mit einer ersten Wicklung (1? bzw. 17a),in der eine Spannung zum Laden des Zündkondensators (27 bzw. 27a) beim Passieren der Generatorvorrichtung (11, 13 bzw. 11a, 13a) erzeugt wird, und eine zweite Wicklung (37 bzw. 37a) vorhanden ist, die mit dem Zündkondensator verbunden ist und auf dessen Entladung über die Triggerschaltung (31 bzw. 31a) anspricht, um ein Potential in der ersten Wicklung zu induzieren, und um dadurch einen hohen Spannungsimpuls zu erzeugen, der einer Zündkerze (21 bzw. 21a) zum Zünden des Motors zuführbar ist.
2. 2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltung zwischen der ersten parallel zur Zündkerze und dem Zündkondensator liegenden Wicklung ein elektronisches Ventil (24 bzw. 24a)

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   vorhanden und in der Weise gepolt ist, dass das in der ersten Wicklung induzierte Potential an den Zündkondensator einerseits gekoppelt wird und andererseits der hohe-Spannungsimpuls von dem Zündkondensator abgehalten wird, wenn sich dieser über die zweite Wicklung zum Zünden des Motors entlädt.
3. 3. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerschaltung ein Basiszeit-Netzwerk mit zumindest einem Widerstand und einem Kondenfc sator {41, 43, 4?) aufweist, dass das Basiszeit-Netzwerk zwischen der ersten Wicklung und einem Halbleiterschalter (31a) angeordnet ist, wodurch das in der ersten Wicklung von der Generatorvorrichtung erzeugte Potential den Zündkondensator einerseits und den Sondensator des Basiszeit-Netzwerkes andererseits auf ein Niveau auflädt, auf welchem der Halbleiterschalter betätigt und der Zündkondensator über die zweite Wicklung entladen wird, und dass das Basiszeit-Netswerk eine Zeitkonstante aufweist, die die Erregung der ^riggersehaltung zu einer vorher festgelegten Zeit bewirkt und dadurch die gewünschte i^ühzündung des Hotors liefert«

   ) 4, Zündsystem nacn Anspruch 3? dadurch g e k e n η zeichnet, dass ein veränderbarer Widerstand (4J, 45) in de* lasisseit-Hefczwerk vorhanden ist, mit dessen Hilfe die Zeltkonsfeaate und damit die Torverstellung der Zündung einstellbar ist.

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