DE2041695A1

DE2041695A1 - Batteriegespeiste Zuendschaltung fuer Verbrennungsmotore

Info

Publication number: DE2041695A1
Application number: DE19702041695
Authority: DE
Inventors: Mitukuni Tutui; Hiroshi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-08-22
Filing date: 1970-08-21
Publication date: 1971-03-11
Also published as: US3683881A; JPS4824564B1; GB1304083A

Description

Dr. 0. Dittmann K. L. Schitt Dr. A. ν. Füner Dipl. Ing. P. Strchi

Patentanwälte S München 90, Mariahilfplatz 2 & 3, Telefon 4540 40

Beschreibung

au. der
Patentanmeldung

der Firma
Hitachi, ltd.

1-5-1» Marunouehi, Chiyoda-Jca lukyo, Jajoan

betreffend

Batteriegespeiste Zündschaltung für Verbrennungsmotore.
(Eriorlt&ts 22.- August 1969» Wr* 66o23 - Japan)

Die Erfindung bezieht sich auf eine batteriegespeiste Zündschaltung für Verbrennungsmotore.

Im allgemeinen umfaßt eine derartige Zündschaltung eine Batterie als elektrische Energiequelle, eine Induktionewicklung zur !teansforaation der Energie in eine. Hochspannung, Unterbreciherkon ta]£te, die den .Rrimarkreia der InduktioiiswiQ&liing unterbrechen, ua die ^aneformfttioi^ der Spannung ren, und die ale Zeitgeber arbelteiii» um den fünJEen in nem Verhali»is ssttr Motaräreauiig m @T%eugm_t fema-r einen ¥er*

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Zündfunken erzeugt wird.

Xn der letzten Zeit sind das Kompresaionsverhältnie in den Zylindern und die Motordrehzahl beträchtlich erhöht worden, um höhere Motorleistungen zu erzielen. Diese Maßnahmen haben gewisse Änderungen in der Zündschaltung erforderlich gemacht; eine davon besteht in einer Erhöhung der Sekundärapannung, die der Zündkerze zugeführt wird, um die Funkenstrecke zwischen den Elektroden zu durchbrechen; eine weitere Maßnahme besteht in einer Verminderung der Induktanz der Primärwicklung der Induktionsspule, um die LeiθtungBeigenschaften der Zündkerze im oberen Brehzahlbereich des Moture zu steigern.

Andererseits stellt ein wartungsfreier Betrieb des Verbrennungsmotors von jeher ein Hauptziel dar. Um einen derartigen Betrieb bei der Zündschaltung zu erreichen, sind viele Vorschläge gemacht worden, die Lebensdauer der Unterbrecherkontakte durch Verbesserung sowohl der Materialien als auch der Konstruktion dieser Kontakte zu erhöhen.

Da der Unterbrecher den Primärstrom der Zündschaltung immer wieder plötzlich unterbricht, um in der Sekundärwicklung der Induktionsspule eine Hochspannung zu induzieren, überhitzen alch die Kontaktflächen und neigen dazu, während des Betriebes der Zündschaltung ssu schmelzen. Ee be θ teilt also die Tendens, daß ein Xeil des uberO&clienmateriale eines Kontaktes j eiob durch «Inen Abgabe- und tfaertxtgungsvorgang auf den ent-

Kontakt au bewegt und dadurch auf der oberfläche

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eines Kontaktes, gewöhnlich des stationären Kontaktes, eine Erhebung gebildet wird. Diese Erhebung wächst während dee Betriebs und verursacht eine Änderung der Zündzeitpunkte sowie der Schließdauer der Kontakte* was auf die Motorleistung großen Einfluß hat und die lebensdauer der Kontakte insbesondere bei hohen Motordrehzahlen verminderte

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine batteriegespeiste Zündschaltung für Verbrennungsmotore mit einem Unterbrecher zu schaff en_P der erhöhte "lebensdauer in Verbindung mit einer hohen Sekunäärspannung an der Induktionsspule, insbesondere im oberen Drehzahlbereich des Motors, aufweist, und insbesondere ohne die ;Startleistung der Zündschaltung zu reduzieren.

Erfindungsgemäß ist eine batteriegespeiste Zündschaltung für Verbrennungsmutore mit einer in Serie zur jETimärv/icklung der Induktionsspule gesehalteteazusätauchen Spule versehen, wobei die uegeninduktivität zwischen der zusätzlichen Spule und der Induktionsspule im wesentlichen u ist, d.h. die zusätzliche Spule von der Zündspule induktionsmäßig effektiv isoliert ist» Die im Moment der Zündung der Zündkerze induzierte Spannung der Susatzspule wird der induzierten Spannung der Primärwicklung überlagert, um die den Elektroden des Unterbrechers zugeführte Spannung zu erhöhen. Durch die zugeführte erhöhte Spannung, die durch die große in Serie mit den Kontakten liegende Induktivität erzeugt wird, wird eine sekundäre Funkenbildung

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bzw. Naeh-Zündung zwischen den Elektroden des Unterbrechers bewirkt, die dazu, dient, das uberflächeniaaterial auf der Kontaktfläche, das von der entgegengesetzten Elektrode bei der primären Funkenbildung während der anfänglichen Trennung der Kontakte abgegeben worden ist, zu entfernen und dadurch ein Anwachsen der genannten Erhebung zu verhindern.

Zum besseren Verständnis der verschiedenen Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ist im folgenden ein bevorzugtes Aueführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben;■ in der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein.Schaltbild der erfindungsgemäüen Schaltung; Pig, 2 ein Diagramm der experimentell erhalter.en Beziehung zwischen der Sekundärspannung und der Motordrebzahl; und

Pig. 3 ein Diagramm der Beziehung zwischen der während des Betriebs der Schaltung zunehmenden Höhe der Erhebung auf der Kontaktfläche und der Kilometerleistung eines mit dem Motor ausgerüsteten Fahrzeugs, wobei die erfindungsgemäße Zündschaltung mit einer konventionellen Schaltung verglichen ist.

Durch eingehende Untersuchung dee Wachstums von Erhebungen an der uberflache der Unterbrecherkontakte ist festgestellt worden, daß die Funkenbildung zuerst in dem Moment der Trennung der Kontakte auftritt und das Oberflächeniaateriui au

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der Anodenfläche auf die Eathodenflache au. bewegt oder abgegeben wird, da die Anodenfläche durch Elektronen überhitzt wird,, die in dieser ersten Punkenbildungsperiode, während, der der iCrennungsabstand zwischen der Kathode und der Anode gering ist„ einen "bedeutenden Einfluß haben. !Tritt nach dem Erlösehen des ersten Lichtbogens im Zeitpunkt der Zündung der Zündkerze kein sekundärer funken bzw« leine Nachsündung auf_s so bildet sich auf der Kathodenoberflache eine Erhebung» die während des wiederholten Unterbreohungsvorgangs allmählich wachste Erfolgt andererseits eine Nachzündung in dem Zeitpunkt, in dein die Zündkerze zündet, so wird das Verlagerte Material zerstreut, wenn im Sekundärkreis der Zündspule eine Stoßspannung auftritt und diese in der Priraärwicklune· der Induktionsspule sowie in der äußeren Induktivität In. dem Primärkreis eine sehr hohe Spannung erzeugt*, Während der Perio.*- de dieses Sekundärfunkens werden, da der Abstand zwischen den Elektroden im Vergleich zu der oben erwähnten Periode des ersten Funkens größer ist und der lichtbogen wegen der Verfügbaren viel höheren Spannung langer dauert* positive Ionen in viel größerer Zahl als während der ersten Funkenperiode erzeugt, die auf die Kathodenfläche auftreffen und diese überhitzen und schmelzen, so daß das uberflächenmaterial der Kathode auf die Anodenfläche zu entfernt oder abgegeben und dadurch die Bildung einer Erhebung auf der Eathodenflache verhindert wird.

In der Hoffnung, eine Nachzündung des Iichtbogene zu errei-

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eben, hat man es zunächst für zweckmäßig gehalten, die Induktanz der Primärwicklung der Spule zu erhöhen» um die im Zeitpunkt der Zündung der Zündkerze zwischen den ünterbreeherkontakten liegende Spannung zu steigern; diese Maßnahme erfordert jedoch eine Steigerung in dem Windungsverhältnis zwischen Sekundärzu Primärwicklung, um die erforderliche hohe Sekundärspannung zu erhalten» und - was noch schlimmer ißt - vermindert die Sekundärspannung insbesondere im oberen Drehzahlbereich des Motors trotz erhöhtem Windungsverhältnis,

Gemäß S¹Ig. 1 ist die Zündschaltung mit einer Batterie 1u versehen, deren Ausgangsspannung bei diesem Ausführungsbeispiel 12 Volt beträgt und die mit einem nährend des Betriebes der Zündschaltung geschlossenen Zündschalter 12 in Serie liegt. Ferner ist eine Induktionsspule 14 mit einer Primärwicklung 142, einer Sekundärwicklung 144 und einem Eisenblechkern 146 vorgesehen, wobei in der vorliegenden Ausführungsform das Verhältnis (a) der Windungszahlen zwischen Primär- und Sekundärwicklung 1υυ und die Induktanz (L^) der Primärwicklung 5 mH betragen. Zwischen der einen Klemme der Batterie 1u und der Induktionsspule 14 ist ein aus einem stationären und einem bewegbaren Kontakt bestehender unterbrecher 16 zum Unterbrechen des Primärstromes eingeschaltet, der in der GrOssenordnung von 2 bis 5 A liegt. Parallel zu den ünterbreeherkontakten 16 liegt ein Kondensator 18, der Stöße absorbiert, die Funkenbildung vermindert und die Stroorichtung in dem Primarkreie umkehrt und dadurch zu einem raschen Zusammenbrechen

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des Magnetfeldes in und um den Kern 146 beitragt <, Entsprechend erhöht der Kondensator 18 die in der Sekundärwicklung 144 induzierte Spannung» In Serie mit der Batterie tu igt eine Widerstandeeinrichtung 20 vorgesehen, um den Primärstram einzustellen» Zur sukzessiven Zuführung der Höehapannungeentladung an die Zylinder in der richtigen Reihenfolge dient ein Verteiler 22, der in konventioneller Weise zwischen der Sekundärwicklung der Induktionsspule 14 und den in den jeweiligen ülo tor zylindern angeordneten Zündkerzen 24* 26, 26 und 3u eingeschaltet ist«, In Serie mit der Primärwicklung 142 der Spule 14 ist eine Zusatzspule 32 derart geschaltet* daß die Gegeninduktivität zwischen der Zusatzspule und der Induktionsspule 14 im wesentlichen υ ist. Zwischen den Elektroden des Unterbrechers 16 liegt also die im Moment der Zündung der einzelnen Zündkerzen 24, 26, 28 und 3υ induzierte Spannung., der die induzierte Spannung der Primärwicklung 142 der Induktionsspule 14 überlagert wird, wodurch eine sekundäre Funkenbildung bzw. Nachzündung zwischen den Elektroden des Unterbrechers 16 bewirkt wird, die das überfläehenmaterial an der Kathode auf die Anode zu verlagert und die Bildung einer Erhebung auf diesem Kontakt verhindert,, Parallel zu der Susatzinduktivität 32 liegt ein Kuraechlußschalter 34» der beim Anlaufen des Motors geschlossen wird. Da der Motor von einen aus der Batterie 1u gespeisten Elektromotor angekurbelt wird, empfiehlt es sich, die Zusatzinduktivität 32 au diesem Zeitpunkt kurz zu schließen, um eine überaä&iga Belastung der Bat-

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terie 1ü zu vermeiden, die ihre Spannung absinken lassen könnte. Außerdem könnte in diesem Zustand die geringe Unterbrechungsgeachwindigkeit dea Unterbrechers 16 ein Versagen der Unterbrechung des Primärkreiees bewirken»

Als Ergebnis der oben erläuterten Untersuchungen an der Zündschaltung hat sich herausgesteilt, daß die zwischen den Elektroden des Unterbrechers 16 im Moment der Zündung der Zündkerze liegende Spannung bei einem Betrieb mit einein Primärstrom im Bereich von 2 bis 5 A zwischen ISu und 25u V,. insbesondere um 2uu V» festgelegt werden sollte, um. eine Nachzündung mit entsprechender lichtbogenenergie zu bewirken. Wird den Elektroden eine höhere induzierte Spannung zugeführt, so tritt eine zu große Abgabe an uberflächehmaterial auf, die die Lebensdauer des Unterbrechers 16 herabsetzt.

In der nachstehenden Tabelle sind Unterauchungsergebnisse zusammengefaßt, die Unterschiede in der im Moment der Zündung zwischen den Unterbrecherelektroden liegenden Spannung bei drei Zündschaltungen in verschiedenen Ausführungsformen zeigt, wobei eine dieser Schaltungen erfindungsgemäß gebaut ist. Bei dem Versuch mit den drei Zündschaltungen waren der von dem Unterbrecher zu unterbrechende Primärström auf 3,5 A und die induzierte Sekundärspannung auf Q kV eingestellt.

Bei der Zündschaltung Hr, 1, bei der es sich um eine konventionelle Schaltung handelt, betrug die Induktanz (JLj) der Primärwicklung der Induktionsspule 5 mH und das Windungsver-

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bältais Ca) 1uu_f wobei keine externe oder zusätzliche Induktivitätaeinriohtung vorgesehen war.

Bei der Zündschaltung Nr₀ 2, bei der ea aich um eine Ausführungsform der Erfindung handelt, hatten die induktanz (I^) der Primärwicklung und das Windungeverhältnis (a) die gleichen Werte wie hei der Schaltung Hr, 1, wobei jedoch die in Figur 1 gegeigte äußere oder zusätzliche Spule 32^: mit einer Induktanz von 1 iE vorgesehen war.

Bei der Zündschaltung Hr_n 3« die als ursprünglicher Vorschlag zur Erzielung einer erhöhten Spannung zwischen den Elektroden des Unterbrechers beschrieben worden ist, betrugen die Induktanz (L-j) der Primärwicklung Iu mH und das Windungaverhältniß (a) 1üü, wobei keine äußere oder zusätzliche Induktivität vorgesehen war.

tabelle

Zu unterbrechender Primär ötronx (A)

induzierte Sekundär spannung ( EV)

zwischen den üaterbrecher-Elektroden liegende Spannung

Nr. 1

Nr. 2

'. 3

■3,5. 3,5 3,5

8, υ

12ü 2υυ 1ÖÜ

Aue abheile 1 ergibt eioh, daß die Ünterbrechungaepannung

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des JRriniarkreises bei der Schaltung Nr. 2 höber ist ale bei den anderen, und daß das Verfahren« die Erimärinduktanz selbst zu erhöhen, um die Unterbrechungsspannung dee Primär Jtr ei aes ssu steigern, eine außerordentlich starke Erhöhung der Priaärinduktanz erfordert, beTor effektive Ergebnisse erzielt werden.

φ fig. 2 ist eine graphische Darstellung der experimentellen Ergebnisse und zeigt die Besiehung zwischen der Sekundärspannung und der Motoxdrehzahl für die oben beschriebenen Versuche-Zündschaltungen Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3t nit denen jeweils ein Vierzylinder-Verbrennungsmotor ausgerüstet war. In Fig. 2 stellt die Abszisse die Motordrehzahl und die urdinate die Sekundärspannung dar. Die Kurve 5u gibt die Resultate bei der Schaltung Nr. 1, die Kurve 6u diejenigen bei der Schaltung Nr. 2 und die Kurve 7υ diejenigen bei der Schaltung Nr. 3 wieder. Wie aus fig. 2 ersichtlich, ist die von der Kurve 6u dargestellte Sekundärspannung bei der Schaltung gemäß einer Ausführungsfora der Erfindung im gesamten Drehzahlbereich hoher als bei der Kurve 5υ; ferner ist zu entnehmen, daß die von der Kurve 70 dargestellte Sekundärspannung im oberen Drehzahlbereich des Motors stark abfällt.

fig. 3 ist eine weitere Darstellung der Versuchsergebnisse und zeigt die Beziehung zwischen der Höhe der sich auf einer flache eines Unterbrecherkontaktee während des Motorbetriebe bildenden Erhebung einerseits und der Kilometerleistung eines

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mit der Zündschaltung Hr» 1 bzw, Nr. 2 ausgerüsteten Fahraettgs andererseits. Die Abszisse gil>t die von dem iaiirzeug zurückgelegte Strecke und die. Ordinate die Hone der Erhebung wieder, V

In figc 3 gibt die Kurve 61 die minimale und die Kurve 62 die laaximale Höhe der Erhebung auf dem ünterbreQherJtontakt der Sündaclaaltung Kr, 2 bei entsprechender Kilometerleistung an, frährend die Kurve 51 die minimale und die Birve 52 die maxiauäle Höhe der Erhebung bei der Schaltung Kr, ."V wieder*·, gibtο Wie ersichtlich, ist die Höhe dieser Erhebung an dem ünterbxecherkontakt des mit der· Zündschaltung Hr₀ 2 ausgerüsteten Fahraeuga erheblich geringer als bei der Schaltung Nr₀ 1 ρ Dementsprechend ist die lebensdauer der. Unterbrecherkontakte bei der Schaltung Hr. 2 ganz beträchtlich erhöht₀

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Claims

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- 12 ~
Patentansprüche

1_β/ Batteriegespeiste Zündachaltung für Verbrennungsmotor e mit einer Zündepule, deren Primärwicklung in Serie mit einem Paar von Unterbrecherkontakten liegt, g e k e η η zeichnet durch eine mit der Primärwicklung (142' in Serie geschaltete Zueatzinduktivität (32), die induk» tlonsmäßig von der Zündspule (14) isoliert iet.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktanz der Zusatsinduktiritat (32) so bemessen ist, daß die Induzierte Spannung. der Zusatzinduktivität im Zeitpunkt der Zündung der jeweiligen Zündkerze sich der induzierten Spannung der Primärwicklung (142) überlagert und eine Nachzündung zwischen den Unterbrecherkontakten (16) auelöst·

3· Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktanz der Zueatzinduktiritat (32) so bemessen ist, daß die Summe der zwischen den Unterbrecherkontakten (16) liegenden induzierten Spannungen der Zusatz induktiv! tat und der Primärwicklung (142) im Zeitpunkt der Zündung der jeweiligen Zündkerze 200 bis

. 25υ V betragt, wenn der zu unterbrechende Strom im Bereich ▼on 2 bis 5 A liegt.

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch g β k β η η · zeichnet, daß die ZuaatzindukUvitttt (32) mit

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einer Schalteinrichtung (34) verbunden ist, die die Zusatzinduktivitat während des Startens des Mo tu rs Kurzschließt. ..'·■ .·■■■■■■■

5* Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4_f gekennzeichnet durch einen zu. den Unterfcrecherfcontakten (16) parallel geschalteten Kondensator (18) »ur Äbsorhierung von durch den Unterbrecher erzeugten Spannungsstößen«

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