DE2142203B2 - Zündvorrichtung für Freikolbenmaschinen - Google Patents

Description

Aus den US-Patentschriften 29 59 159 und 34 46 197 sind Freikolbenmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I bekannt, bei denen die Zündvorrichtung in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens innerhalb des Zylinders erfolgt. Bei beiden bekannten Vorrichtungen ist an einer bestimmten Stelle des Zylinders ein Signalgeber angeordnet, der dann, wenn die Vorderkante des Kolbens diese Stelle erreicht, ein Signal zur Beaufschlagung der Zündvo-richtung abgibt.

Hat der Kolben etwa infolge einer vorausgegangenen Fehlzündung, von Belastungsspitzen oder aus sonstigen Gründen keine ausreichende Energie, um bis zu der Stelle, an der sich der Signalgeber befindet, zurückzugelangen, so unterbleibt die nächste Zündung, und der Kolben verliert weiter an Energie, so daß die Maschine möglicherweise stehen bleibt. Tritt dagegen der Fall ein, daß der Kolben etwa infolge geringerer Belastung verhältnismäßig viel Energie hat und sich bei freier Bewegungsmöglichkeit wesentlich über diejenige Stelle hinaus bewegen würde, an der der Signalgeber sitzt, so erfolgt die stellungsabhängige, zwangläufige Beaufschlagung der Zündvorrichtung in einem der Kolbenenergie entsprechend zu frühen Zeitpunkt, so daß der Kolben durch die Zündung vorzeitig abgebremst wird und damit nutzbare Energie verlorengeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung für Freikolbenmaschinen zu schaffen, mit der sich nach jedem Konipressionshub unabhängig davon, ob der Arbeitskolben längs seines Weges im Arbeitszylinder eine bestimmte Stellung erreicht, sicher und im jeweils optimalen Zeitpunkt der Kolbenbewegung eine Zündung herbeiführen läßt. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung vermittelt den Vorteil, daß im Falle eines Zündungsausfalls die Maschine nur vorübergehend an Leistung verliert und dann wieder mit voller Leistung weiterarbeitet. Die Maschine erreicht ihre volle Leistung nach nur wenigen Hüben, auch wenn unmittelbar nach einem Zündungsausfall die zur Verfugung stehende Energie geringer ist und der Arbeitskolben nur einen kürzeren Kompressionshub lusführt, da bei jedem Arbeitshub des Kolbens die Verbrennung in einem vom Umkehrzeitpunkt abhängigen Moment ausgelöst wird. Dadurch, daß die Zündung unabhängig von der Stellung des Kolbens im Arbeitszylinder erfolgt, wird die Verbrennungsenergie auf jeden Fall immer optimal in Bewegungsenergie umgesetzt wobei gleichzeitig vermieden wird, daß die Maschine selbst bei gelegentlichem Zündungsausfall nicht stehen bleibt

An Hand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Zündvorrich die im wesentlichen unabhängig ist von den Änderungen der tatsächlichen Lage des Arbeitskolbens bei verschiedenen Arbeitshüben zum Zeitpunkt der Kclbenümkehr. Die eine derartige Kenngröße messende Meßeinrichtung gibt ein Signal ab, das eine Anzeige für die Bewegung oder Stellungsänderung des Arbeitskolbens innerhalb der Freikolbenmaschine ist, im Gegensatz zur Stellung des Kolbens selbst Eine auf die Bewegung bezogene Kenngröße ist zu unterscheiden von einer auf die Verschiebung bezogenen Kenngröße, die die Stellung oder Verschiebung des Arbeitskolbens direkt angibt Beispiele für derartige Verschiebungskenngrößen sind die Verschiebungen oder Stellungen von mechanisch mit dem beweglichen Arbeitskolben innerhalb einer Freikolbenmaschine verbundenen Teilen und die Verschiebung oder Stellung eines Nockenfolgers oder -stößeis, der auf einer am Arbeitskolben innerhalb der Freikolbenmaschine befestigten Nockenfläche läuft.

Die Meßeinrichtung U erzeugt ein Anzeige- oder Meßsignal das der gemessenen Kenngröße analog ist. Dieses Signal wird einer geeigneten Steuereinrichtung 12 zugeführt Die Steuereinrichtung 12 verarbeitet das Meßsignal, so daß die gewünschte Zündungssteuerung erreich! wird. Die Steuereinrichtung 12 enthält bei-

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tung. bei der die Verbrennung in Abhängigkeit von 25 spielsweise eine Bezugs-Meßeinrichtung 13. Das Meßsignal wird beispielsweise durch Vergleich mit der Bezugsgröße gemessen und die Steuereinrichtung gibt dann entsprechend einer Steuerfunktion ein Signal ab. durch das eine die Verbrennung herbeiführende Einrichtung zur gewünschten Zündungszeit, die in der Nähe des oder zum Umkehrmoment des Arbeitskolbens am Ende jedes Kompressionshubs liegt betätigt wird. Die Steuereinrichtung 12 enthält vorzugsweise eine geeignete Einstelleinrichtung 14, durch die die gewünschte Zeitsteuerung des Ausgangssteuersignals erfolgt. Die die Verbrennung herbeiführende Einrichtung 16 zündet oder steuert so die Verbrennung im Arbeitszylinder der Freikolbenmaschine 10.

Bei nach dem Dieselprinzip arbeitenden Freikolbenmaschinen kann die die Verbrennung herbeiführende Einrichtung 16 aus einem Kraftstoffeinspritzsystem bestehen, wobei das Ausgangssignal der Steuereinrichtung 12 eine Kraftstoffpumpe steuern kann, die das Kraftstoffeinsprilzsystem mit Kraftstoff versorgt Arbeitet die Freikolbenmaschine nach dem Funkenzündungsprinzip, so kann die die Verbrennung herbeiführende Einrichtung 16 eine Zündkerze enthalten, wobei das Ausgangssignal der Steuereinrichtung 12 eine geeignete elektriche Schaltung steuert durch die der Zündkerze die notwendige Spannung zugeführt wird. Bei Schichtfüllungsmaschinen (stratified charge engine) müssen das Zündsystem und das Einspritzsystem entsprechend gesteuert werden. Im folgenden wird die Erfindung an Hand des Funkenzündsystems erläutert.

Die Freikolbenmaschine 17 der F i g. 2 enthält einen Leistungsteil 18 am rechten äußeren Ende der Maschine. Dieser enthält einen Arbeitskolben 20, der innerhalb eines Arbeitszylinders 21 längs der mittleren Längsachse der Freikolbenmaschine 17 hin- und herbe-

Drucksignalen eingeleitet wird, die in Abhängigkeit von einer auf die Bewegung des Arbeitskolbens bezogenen Kenngröße erzeugt werden,

F i g. 3 einen Teilschnitt einer abgewandelten Ausführungsform der F i g. 2,

F i g. 4 einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3. F i g. 5 die Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Zündvorrichtung, ähnlich F i g. 2,

F i g. 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5, F i g. 7 eine vergrößerte Darstellung, zum Teil im Schnitt, eines auf die Beschleunigung ansprechenden Teils der Steuereinrichtung der Ausführungsform der F i g. 5 und

Fig.8 die schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung, zum Teil im Schnitt

Soweit im folgenden die Ausdrücke »rechts«, »links«, »rechtes Ende« und »linkes Ende« verwendet werden, so beziehen sie sich auf den Betrachter der Figuren.

F i g. 1 zeigt im Blockdiagramm den Regelkreis einer mit der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung ausgestatteten Freikolbenmaschine. Der Regelkreis umfaßt eine Freikolbenmaschine 10 mit einem innerhalb eines Arbeitszylinders freibeweglichen Arbeitskolben. Der Regelkreis enthält ferner eine Meßeinrichtung 11, die auf eine auf die Bewegung des Arbeitskolbens bezogene Kenngröße anspricht. Die Meßeinrichtung 11 mißt die Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Arbeitskolbens selbst oder einer mit ihm fest verbundenen Masse. Die Meßeinrichtung 11 erzeugt ein Meßsignal, beispielsweise eine durch den Kolben oder eine Masse bzw. ein Gewicht erzeugten Druck, einen durch den Kolben oder die Masse erzeugten Fluidstrom, eine durch einen vom Kolben angetriebenen Generator er

zeugte Ausgangsspannung oder ein anderes Signal, das ^6o weglicli ist. Das Gehäuse der Freikolbenmaschine 17 ist

ein Maß für die gewählte Kenngröße ist und somit auf die Bewegung des Arbeits- oder Freikolbens bezogen ist.

Die auf die Bewegung des Arbeitskolbens bezogene Kenngröße stellt aligemein eine beliebige Kenngröße dar, die in einer vorherbestimmten Beziehung zu dem Moment steht, wenn der Arbeitskolben einen Umkehr-Diinkt am Ende seines KomDressionshubs erreicht und insgesamt mit 22 bezeichnet Die Maschine ist mit nicht gezeigten, herkömmlichen Einrichtungen zur Kraftstoffzufuhr und zur Abfuhr des verbrannten Kraftstoffs zu den entsprechenden Zeiten innerhalb des Maschinenzyklus versehen.

Am linken Ende der Maschine 17 ist ein nach innen komprimierender Kompressor 23 gezeigt. Eine Kolbenstange 24 erstreckt sich horizontal längs der mittle-

ren Längsachse der Freikolbenmaschine 17 und verbindet den Arbeitskolben 20 mit dem Kompressorkolben 26. Der Kompressorkolben 26 ist längs d>:r mittleren Längsachse der Freikolbenmaschine 17 innerhalb eines Kompressorzylinders 28 hin- und herbeweglich. Angrenzend an das rechte Ende des Kompressorzylinders 28 sind ein Einlaßventil 30 und ein Auslaßventil 32 angeordnet, durch die ein Fluid in eine Kompressorkammer ein- bzw. aus dieser austreten kann. Die Kompressorkammer 34 liegt zwischen der rechten Oberfläche 36 des Kompressorkolbens 26 und der linken Innenfläche 38 einer Innenwand 40.

Durch ein zusätzliches Ventil 37 kann ein Fluid in eine Kammer 42 zwischen der linken Oberfläche 44 des Kompressorkolbens 26 und der rechten Innenfläche 46 einer Endwand 48 eintreten. Das Ventil 37 gestattet den Zutritt eines Fluids, beispielsweise von Luft in die Kammer 42, so daß diese als Zwangskompressionskammer arbeiten kann, d. h. als Kammer, die durch die Kompression des Fluids während des nach links gerichteten Arbeitshubs des Arbeitskolbens 20 wenigstens einen Teil der Energie abgibt, die für den Rückkehrhub der Kolben 20 und 26 nach rechts benötigt wird.

Die Maschine enthält weitere bekannte Einrichtungen, deren Einzelheiten zum Verständnis der vorliegenden Erfindung unwichtig sind. So läuft die Kolbenstange 24 durch die Innenwand 40 und eine weitere Innenwand 49 hindurch, wobei herkömmliche Kolbenstangendichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen sind, durch die ein Aus- oder Übertritt von Gas und Schmiermittel rings um die Kolbenstange 24 während ihrer Hin- und Herbewegung verhindert wird.

Die auf die Bewegung des Arbeitskolbens 20 bezogene Kenngrößen-Meßeinrichtung der Freikolbenmaschine 17 enthält einen durch einen Haltearm 50 angetriebenen Drucksignal-Generator. Der Haltearm 50 ist an der Kolbenstange 24 befestigt und mit dieser und dem Arbeitskolben 20 hin- und herbeweglich. Eine Kolbenstange 52 ist mit ihrem linken Ende mit der Spitze des Haltearms 50 und mit ihrem rechten Ende an einem ersten Hilfskolben 54 befestigt. Der Hilfskolben 54 ist in einem ersten Hilfsdruckzylinder 56 hin- und herbeweglich und erzeugt in einer Druckkammer 57 im Druckzylinder 56 Drucksignale. Der Hilfsdruckzylinder 56 ist in einem Hilfsgehäuse ausgebildet, wobei die Zylinderachse parallel zur Kolbenstange 24 verläuft und radial in einem Abstand von der mittleren Längsachse der Freikolbenmaschine 17 liegt. Das linke Ende des Hilfsdruckzylinders 56 ist offen und nimmt die Kolbenstange 52 auf. Der Zylinder 56 steht in Verbindung mit einer lnnenkammer 60 zwischen den Innenwänden 40 und 49. Das rechte Ende des Zylinders 56. d.h. die Kompressorkammer 57 ist an eine Leitung 62 angeschlossen, die als Meßausgang zur Übertragung des Ausgangs-Drucksignals von der Meßeinrichtung zur Steuereinrichtung 12 dient.

Die Steuereinrichtung 12 enthält in diesem Beispiel eine zweite Druckkammer 64 in einem zweiten Hilfszylinder 66. Eine Einlaßöffnung 68 in der Seitenwand des Hilfszylinders 66 ist mit dem oberen Ende der Leitung 62 verbunden und dient als Eingang in das Steuersystem. Die Drucksignale von der Meßeinrichtung 11 werden so von der Meßausgangsleitung 62 zur Einlaßöffnung 68 der Steuereinrichtung 12 geleitet.

Innerhalb der zweiten Druckkammer 64 werden die <« einlaufenden Drucksignale so verarbeitet, daß sie ein Ausgangs-Steuersignal bzw. einen Ausgangs-Steuerim puls zur Steuerung der die Verbrennung herbeiführenden Einrichtung 16 erzeugen. Bei dieser Ausführungsform wird das einlaufende Drucksignal mit Hilfe einer Bezugseinrichtung verarbeitet, die aus einem federbelasteten zweiten Hilfskolben 70 am linken Ende 72 des Hilfszylinders 66 besteht.

Der Hilfskolben 70 ist mittels einer Schraube 74 am rechten Ende eines hin- und herbeweglichen Stößels 78 befestigt. Dieser Stößel ist in einer einstellbaren Stopfenschraube 80 hin- und herbeweglich gelagert, die in ein Gewinde 82 am linken Ende 72 des Hilfszylinders 66 geschraubt ist. Zwischen der Stopfenschraube 80 und dem zweiten Hilfskolben 70 ist eine Feder 84 gelagert, die den Hilfskolben 70 und den Stößel 78 nach rechts drückt. Die Feder 84 erzeugt eine Bezugskraft oder ein Bezugssignal und drückt den Hilfskolben 70 gegen die empfangenen und in der Druckkammer 64 der Steuereinrichtung 12 verarbeiteten Drucksignale. Wenn der Druck in der Druckkammer 64 die Bezugskraft der Feder 84 überwindet, werden der Hilfskolben 70 und sein Stößel 78 nach links bewegt. Wird der Druck in der Druckkammer 64 niedriger, so kehren der Hilfskolben 70 und der Stößel 78 nach rechts in ihre normale Ruhelage zurück. Das linke Ende 72 des Hilfszylinders 66 enthält eine Belüftungsöffnung 86. so daß der Druck auf den Kolben 70 nach links stets dem Umgebungsdruck entspricht. Durch Drehen der Stopfenschrauben 80 im Gewinde 82 kann diese nach links oder rechts verstellt werden. Hierdurch wird die normale Ruhelage des Hilfskolbens 70 verstellt, so daß entsprechend höhere oder niedrigere Drücke in der Druckkammer 64 notwendig sind, um den Stößel 78 in die vorherbestimmte Stellung zu bewegen, in der er die die Verbrennung herbeiführende Einrichtung 16 betätigt. Die Stopfenschraube 80 bildet also eine Einrichtung zur Einstellung der Zeit, zu der die Verbrennung gezündet wird.

Eine weitere derartige Zündzeitpunkteinstellung ist am rechten Ende 88 des Hilfszylinders 66 vorgesehen. An diesem Ende ist der Zylinder bzw. die Druckkammer 64 über eine einstellbare Blende 90 mit einer Auslaßleitung 92 verbunden. Diese kann je nach Wunsch zur Atmosphäre hin offen oder an eine andere Bezugsdruckquelle angeschlossen sein Die Blende 90 bildet also eine weitere Einrichtung zur Einstellung des Drucks in der Druckkammer 64, um die gewünschte Zeitsteuerung für die Bewegung des Stößels 78 zu erreichen.

Die Bewegung des Stößels 78 zu den durch den Druck in der Druckkammer 64 bestimmten Zeiten und die Federkraft auf den Hilfskolben 70 ergeben ein Ausgangssignal, das der die Verbrennung herbeiführender Einrichtung zugeführt wird, die dann in bekannter Wei se /ur richtigen Zeit einen Zündfunken erzeugt.

Das linke Ende 94 des Stößels 78 berührt einen be weglichen Kontakt 116 eines in einem Gehäuse 114 un tergebrachten Unterbrechers 112 und drückt den be weglichen Kontakt 116 gegen die Wirkung einer Fede 118. so daß er einen festen Kontakt 120 des Unterbrc chers 112 berührt Somit steuert das linke Ende 94 de Stößels 78, wenn sich der Hilfskolben 70 bewegt, di Öffnung oder Schließung des Unterbrechers 112. d. I des beweglichen Kontaktes 116 und des festen Kontal tes 120.

Line elektrische Leitung 122 verbindet den bewegl chen Kontakt 116 des Unterbrechers mit der positiv« Klemme einer Batterie 124. Die negative Klemme di Batterie 124 ist über eine elektrische Leitung 126 ui eine Masseklemme 127 mit der einen an Masse gefüfi

ten Klemme 128 der Primärwicklung 129 einer herkömmlichen Zündspule 130 verbunden. Die andere Klemme der Primärwicklung 129 der Zündspule 130 ist mittels einer elektrichen Leitung 131 mit dem festen Kontakt 120 des Unterbrechers 112 verbunden. Die nicht an Masse geführte Klemme der Sekundärwicklung 132 der Zündspule 130 ist über eine elektrische Leitung 134 mit einer Zündkerze 133 verbunden. Wenn die Schaltung der Primärwicklung der Zündspule zunächst über die Unterbrecherkontakte 116 und 120 geschlossen und darauf mittels dieser Kontakte aufgetrennt wird, wird an der Sekundärwicklung 132 eine hohe Spannung erzeugt, die an die Zündkerze 133 angelegt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß auch andere geeignete Einrichtungen verwendet werden können. um entsprechend der Betätigung der Unterbrecherkontakte 116 und 120 bzw. des Stößels 78 der Zündkerze 133 eine Spannung zuzuführen. Die Zündkerze 133 ragt mit ihrem inneren Ende in eine Brennkammer 135 im Arbeitszylinder 21 des Leistungsteils 18.

Die Freikolbenmaschine 17 und die Zündvorrichtung der F 1 g. 1 und 2 arbeiten folgendermaßen. In der Freikolbenmaschine 17 wird der Arbeitskolben 20 im Arbeitszylinder 21 zwischen einem äußeren Totpunkt am linken und einem inneren Totpunkt am rechten Ende hin- und herbewegt, d. h. zwischen einem äußeren und einem inneren Umkehrpunkt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kurbeltriebmaschinen liegen diese Umkehrpunkte nicht fest. Wenn sich der Arbeitskolben 20 nach rechts bewegt und die Gase in der Brennkammer 135 während eines Kompressionshubs komprimiert, so erzeugt die auf die Bewegung bezogene Meßeinrichtung ein Ausgangssignal, das in einer bestimmten Beziehung zu der Zeit steht, zu der der Arbeitskolben 20 stillsteht und beim Beginn seines Arbeitshubs nach links die Richtung ändert. Soll die auf die Bewegung bezogene Kenngröße bei der Freikolbenmaschine 17 in der Geschwindigkeit bestehen, so liegt ihr Maximum in der Nähe der Mitte des nach rechts gerichteten Kompressionshubs des Arbeitskolbens 20. Sie wird gleich Null, wenn der Arbeitskolben am Ende des jeweiligen Hubs seine Bewegungsrichtung ändert. Die Geschwindigkeitsänderung in Abhängigkeit von der Zeit ist daher stetig. Die Verbrennung kann dann während der Bewegung des Arbeitskolbens 20 aus seinem äußeren Totpunkt zu seinem inneren Totpunkt nach rechts eingeleitet werden, d. h., zu einem Zeitpunkt, der mit der Zeit in einer vorherbestimmten Beziehung steht, zu der der Arbeitskolben seinen inneren Umkehrpunkt erreicht. Während des letzten Teils des Kompressionshubs fällt die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 20 nach Null ab. Wenn die Geschwindigkeit eine vorher bestimmte Höhe unterhalb des Maximalwertes erreicht, so kann das der Geschwindigkeit entsprechende Signal zur Einleitung der Zündung im Moment oder in der Nähe des Moments der Kolbenumkehr am inneren Totpunkt verwendet werden, was zu der günstigsten Verbrennung führt und zwar ohne Bezug auf die tatsächliche Lage des Arbeitskolbens 20 im Arbeitszylinder 21.

Die Freikolbenmaschine 17 der F i g. 2 arbeitet insofern auf herkömmliche Weise, als durch die Verbren nung der Gase in der Brennkammer 135 eine Kraft auf die rechte Oberfläche des Arbeitskolbens 20 ausgeübt und er während des Arbeitshubs im Arbeitszylinder 21 <>5 nach links gedruckt wird. Durch die Kolbenstange 24 wird auf den Kompressorkolben 26 eine Kraft ausgc übt. Dieser bewegt sich ebenfalls nach links und komprimiert die Gase in der Kammer 42. Ebenfalls während dieser Zeil tritt das zu komprimierende Gas oder Fluid durch das Einlaßventil 30 in die Kompressorkammer 34 ein. Wenn der Arbeitskolben 20 den äußeren Totpunkt erreicht, so gibt das komprimierte Gas oder Fluid in der Kammer 42 eine entgegengesetzt wirkende Energie ab, so daß der Kompressorkolben 26 wieder nach rechts bewegt und das Gas in der Kompressorkammer 34 komprimiert wird. Dadurch strömt das Gas oder Fluid aus der Kompressorkammer 34 durch das Auslaßventil 32. Durch die in der Kammer 42 gespeicherte Energie wird ferner in Vorbereitung der Verbrennung des nächstfolgenden Arbeitshubs und damit zur Wiederholung des Zyklus das in der Brennkammer 135 enthaltene Gas komprimiert.

Wenn sich gemäß der Darstellung der F i g. 2 der Arbeitskolben 20 an seinem äußeren Totpunkt befindet, so liegt der Hilfskolben 54 in seiner äußersten linken Stellung im Hilfs-Druckzylinder 56. Wenn der Arbeitskolben 20 während seines Kompressionshubs beginnt, sich nach rechts zu bewegen, so beginnt der Hilfskolben 54 ebenfalls, sich nach rechts zu bewegen und komprimiert das Fluid in der Druckkammer 57 des Meßzylinders. Das so komprimierte Fluid in der Druckkammer 57 wird in die zweite Druckkammer 64 geleitet, aus der es durch die Blende 90 und aus der Auslaßleitung 92 auszuströmen beginnt. Die Blende 90 ist so eingestellt, daß der durch sie hindurchströmende Luftdurchsatz geringer ist als die gleichzeitig durch den Hilfskolben 54 herangeführte Luftmenge. Somit wird das Gas in der Druckkammer 64 komprimiert und übt auf den zweiten Hilfskolben 70 eine dem Gasdruck proportionale Kraft aus Die Blende 90 ist ferner so eingestellt, daß der in der Druckkammer 64 ansteigende Druck eine Kraft auf den Hilfskolben 70 ausübt, durch die die auf die gegenüberliegende Fläche des Hilfskolben 70 ausgeübte Bezugskraft überwunden wird. Damit bewegt sich der Hilfskolben 70 nach links. Durch die nach links gerichtete Bewegung des Hilfskolbens 70 wird der Stößel 78 in der gleichen Richtung bewegt. Das Ende 94 des Stößels 78 drückt gegen den beweglichen Kontakt 116 und überwindet die Verzögerungskraft der Feder 118, so daß der bewegliche Kontakt 116 den festen Kontakt 120 berührt und der Unterbrecher 112 geschlossen wird. Beim Schließen des Unterbrechers 112 beginnt ein Strom durch die Primär wicklung der Zündspule 130 der F 1 g. 2 zu fließen.

Während sich der Arbeitskolben 20 und damit der Hilfskolben 54 nach rechts bewegen, erreicht der Ar beitskolben 20 zunächst seine Maxinialgeschwindigkeit und wird dann abgebremst, wenn er sich dem inneren Totpunkt im Arbeitszylinder 21 nähert. Bei der Ab bremsung des Arbeitskolbens 20 nimmt das in der Zeiteinheit durch den Hilfskolben 54 herangeführte VoIu men ab. so daß der Druck in den Druckkammern 57 und 64 abzunehmen beginnt, wahrend das Gas durch die Blende 90 aus der Druckkammer 64 entweicht. Zu einer vorher eingestellten Zeit vor dem inneren Tot punkt überwindet je nach der Einstellung der Stopfen schraube 80 und der Blende 90 die den Hilfskolben 70 nach rechts druckende Kraft der Feder 84 die durch den Druck in der Druckkammer 64 ausgeübte Kraft auf die rechte Fläche des Hilfskolbens 70, so daß dieser sich wieder nach rechts bewegt und der elektrische Kontakt /wischen den Kontakten des Unterbrechen 112 unterbrochen wird. Dabei entsteht «n der Sekun därwicklung 132 der Zündspule 130 eine hohe Span nung. die über die elektrichc Leitung 134 der /undker

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ze 133 zugeführt wird. Diese zündet und leitet die Verbrennung in der Brennkammer 135 ein.

Mit Hilfe der Stopfenschraube 80 ist die auf die linke Fläche des Hilfskolbens 70 ausgeübte Kraft einstellbar. Damit kann mit der Stopfenschraube 80 auch der Zündzeitpunkt gesteuert werden. Ferner ist der Zündzeitpunkt mit Hilfe der einstellbaren Blende 90 veränderbar, durch die die Zeit eingestellt werden kann, zu der das einlaufende Drucksignal den Druck in der Druckkammer 64 ansteigen läßt.

Die Zündvorrichtung der F i g. 2 enthält also eine Meßeinrichtung zur Messung einer auf die Bewegung des Arbeitskolbens bezogenen Kenngröße. Diese Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus dem Hilfskolben 54, dem Druckzylinder 56 und der Druckkammer 57. Die Steuereinrichtung enthält die Steuerdruckkammer 64 mit der Bezugseinrichtung in Form der Feder 84, un eine einstellbare Steuereinrichtung in Form der Stopfenschraube 78. Die die Verbrennung herbeifüh rende Einrichtung enthält eine gesteuerte Leistungs quelle in Form der Batterie 124, die Zündspule 130 und die Kontakte 116 und 120 des Unterbrechers 112 zusammen mit der die Verbrennung einleitenden oder zündenden Einrichtung in Form der Zündkerze 133. Die Vorrichtung der F i g. 2 arbeitet somit gemäß dem Blockdiagramm der F i g. 1.

Bei dieser Ausführungsform werden die Be/ugsfeder 84 und die Blende 90 vorzugsweise so eingestellt, daß die Zündung während des Kompressionshubs des Arbeitskolbens eingeleitet wird, nachdem die Momentangeschwindigkeit des Kolbens ihr Maximum übersehrit ten hat und auf einen entsprechend eingestellten Wert zwischen 5 und 30% der normalen Maximalgeschwin digkeit abgesunken ist. Selbst bei einer Fehlzündung erreicht der Druck in der Druckkammer 64 während des nächsten Kompressionshubs ein Maximum und sinkt darauf wieder ab. Das Steuersystem ist so ausgebildet, daß durch diesen Druckanstieg und -abfall die Verbrennung beim nächsten Arbeitshub eingeleitet wird, auch wenn der Kolben seinen normalen inneren Arbeitspunkt im Moment der Kolbenumkehr bei dem der Fehlzündung folgenden Arbeitshub nicht .; Il erreicht.

Diese Arbeitsweise bietet beträchtliche Vorteile gegenüber bekannten Systemen, bei denen der Arbeitskolben eine bestimmte Stellung im Arbeitszylinder in der N λ he des Endes des Arbeitshubs erreichen muß. bevor die Verbrennung eingeleitet bzw. gezündet wird. Im Fall einer Fehlzündung wird die Verbrennung im Zyklus früher gezündet, wenn die erfindungsgemäße Zündvorrichtung mit dem oben an Hand F i g. 2 beschriebenen, von Hand einstellbaren Steuersystem verwendet wird. Auch bei dieser früheren Zündung erholt sich die Maschine von der Fehlzündung, da auf jeden Fall eine Zündung erfolgt. Die erfindungsgemäße Vor richtung und das erfindungsgemäße Verfahren erlau ben ferner eine automatische, augenblickliche Ände rang der Zyklusparameter des Steuersystems. Dies soll an Hand der Ausführungsform der F i g 3 näher be schrieben werden.

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Steuereinrichtung der Fig. 2 zur automatischen Änderung der Zeitbeziehung zwischen der die Verbrennung herbeiführenden Einrichtung und dem Augenblick der Arbenskolbemimkehr Die Steuerein richtung \2A ähnelt mit der Ausnahme der folgenden Änderungen im Grunde der Steuereinrichtung 12 der F ι g. 2.

Der Steuer- oder Hilfszylinder 66 enthält zusätzlich ein automatisch veränderliches Auslaßventil in einem vertikal nach oben ragenden, mit der Druckkammer 64 in Verbindung stehenden Rohr 136. An das vertikal nach oben ragende Rohr 136 ist ein horizontal nach rechts wegstehender Ansatz 137 angeformt. An dem Ansatz 137 ist ein Doppelhebel 138 mit zwei Hebelarmen 139 und 141 angelenkt. Die beiden Hebelarme 139 und 141 stehen in einem stumpfen Winkel zueinander,

ίο ihre beiden inneren Enden sind miteinander verbunden und mittels einer Achse 142 am Ansatz 137 angelenkt. Das äußere Ende des Hebelarms 139, der in vertikaler Lage gezeigt ist, ist über eine Verbindung 143 mit einem horizontal gleitend beweglichen Schieber 144 verbunden, der in dem Rohr 136 liegt und zur weiteren Steuerung der pro Zeiteinheit aus der Druckkammer 64 entweichenden Fluidmenge dient. Der Schieber 144 ist mit einem Kanal 146 versehen. Der Schieber 144 ist horizontal so beweglich, daß der Kanal 146 eine veränderliche Ventilöffnung für das Rohr 136 bildet. Wenn der Schieber 144 horizontal bewegt wird, so wird der Kanal 146 mehr oder weniger stark in dem Rohr 136 wirksam und steuert die pro Zeiteinheit aus der Druckkammer 64 zur Atmosphäre entweichende Gasmenge Um die gewünschte Steuerwirkung zu erreichen, kann der Kanal 146 einen verjüngten oder konischen, dreiekkigen, kreisförmigen, elliptischen oder anderen geeigneten Querschnitt aufweisen.

Mit dem äußeren Ende des Hebelarms 141. der in einem Winke! zur Horizontalen unterhalb derselben liegt, ist eine Kolbenstange 148 verbunden. Diese verbindet den Hebelarm 141 mit einem Dämpfungskolben 150. der vertikal in einem mit dem Ende 88 des Hilfszylinders 66 verbundenen Dämpfungszylinder 151 hin- und herbeweglich ist. Dadurch ergibt sich oberhalb des Dämpfungskolbens 150 und innerhalb des Dämpfungszylinders 151 eine Dämpfungskammer 154. Das rohr förmige Zylinderende 88 verbindet das Ende 152 des Dämpfungszylinders 151 mit der Blende 90. Zur Einstellung der Dämpfung ist feiner eine Blende Ϊ53 vor gesehen, die die Dämpfungskammer 154 mit der Atmosphäre verbindet. Das rechts liegende Ende 88 des Hilfszylinders 66 verbindet die Druckkammer 64 mit dem Zylinderende 152. Somit kann das in der Druckkammer 64 komprimierte Gas gegen eine Feder 155 auf die untere Oberfläche des Dämpfungskolbens 150 wirken. Die Feder 155 liegt zwischen der oberen Oberfläche des Dämpfungskolbens 150 und der unteren Oberfläche einer Einstellschraube 156. Diese ist am oberen Ende des Dämpfungszylinders 151 angeordnet. Sie enthält eine Dichtung, durch die die Kolbenstange 148 hindurchgeht. Somit ist die wirksame öffnung des Rohrs 136 automatisch einstellbar. Die Arbeitsweise der Ausführungsform der F i g. 3 ist im wesentlichen identisch der der F i g. 2. Der Hilfskolben 54 erzeugt in der Druck- oder Meßkammer 57 und in der Druckkammer 64 einen Druck, durch den der Hilfskolben 70 nach links bewegt und die Kontakte des Unterbrechers 112 geschlossen werden. Bei der Ausföhnmgsform dei

F 1 g. 3 wird jedoch der Druck in der Druckkammer 64 zur Einstellung des veränderlichen Kanals 146 verwen det. durch den das in der Druckkammer 64 enthalten« Fluid zur Atmosphäre stömen kann, so daö die Zün dung der Verbrennung je Zyklus augenblicklich auto

mansch richtig eingestellt werden kann.

Der Druck in der Druckkammer 64 übt eine diesen Druck proportionale Karaft auf den Dämpfungskolbe 150 aus. Dadurch bewegt der Dämpfungskolben 150 di

Kolbenstange 148 gegen die Rückholfeder 155 nach oben und den Schieber 144 nach links, so daß ein größerer Teil des Kanals 146 ins Innere des Rohrs 136 gelangt. Wenn ein größerer Teil des Kanals 146 frei liegt, so kann mehr komprimiertes Gas aus der Druckkammer 64 zur Atmosphäre entweichen, und der Zeitpunkt der Verbrennungszündung wird geändert.

Im normalen Betrieb ist die auf den Dämpfungskolben 150 ausgeübte Kraft so groß, daß ein bestimmter Teil des Kanals 146 im Rohr 136 liegt. Bei einer Fehlzündung ist die von der Brennkammer 135 für einen Hub nach links abgegebene Energie nur gleich der in dem komprimierten Gas oder Brennstoff-Gasgemisch in der Brennkammer 135 und in der Kompressorkam mer 34 gespeicherten Energie. Durch diese Verminde rung der die Kolben nach links bewegenden Energie wird die Energiemenge beträchtlich verringert, die in der Druckkammer 42 gespeichert werden kann. Somit wird die Geschwindigkeit des Arbeitskolbbens 20 beim nächsten Arbeitshub nach rechts verringert. Infolge der Geschwindigkeitsabnahme des Arbeitskolbens 20 nimmt auch die Geschwindigkeit des Hilfskolbens 54 ab, so daß der in der Druckkammer 64 erzeuge Druck ebenfalls entsprechend abnimmt. Somit wird auf den Dämpfunsgkolben 150 eine geringere Kraft ausgeübt. wodurch die Strecke abnimmt, über die die Kolbenstange 148 den Doppelhebel 138 bewegt. Damit nimmt auch die Größe des im Innern des Rohrs 136 liegenden Teils des Kanals 146 ab. Dadurch wird die aus der Druckkammer 64 entweichende Gasmenge verringert. und der einer bestimmten augenblicklichen Kolbengeschwindigkeit entsprechende Druck steigt an, so daß die gewünschte Verbrennungssteuerung bezüglich dem inneren Umkehrpunkt des Arbeitskolbens 20 geändert oder aufrechterhalten wird. Bei einer einen langsameren und kürzeren Rückkehrhub bewirkenden Fehlzündung stellt also die Vorrichtung der F i g. 3 automatisch den Steuerdruck in der Druckkammer 64 ein und kompensiert die Fehlzündung. Wenn der im Rohr 136 liegende Teil des Kanals 146 verringert ist. so nimmt auch die pro Zeiteinheit aus der Druckkammer 64 entweichende Gasmenge ab. so daß der Druck in angemessener Höhe aufrechterhalten wird, auch wenn der vom Hilfskolben 54 erzeugte Druck abnimmt. Dies gewährleistet die Schließung und öffnung der Unterbrecherkontakte zu einer geeigneten auf den inneren Umkehrpunkt des Arbeitskolbens bezogenen Zeit, auch wenn eine Fehlzündung aufgetreten ist.

Die Dämpfungseinrichtung nutzt die Druckanzeige entsprechend dem Maximalwert der Arbeitskolbenge- schwindigkeit als weiteren Bezugsfaktor aus. so daß die Zündung bei glgen Änderungen von Zyklus zu Zv- klus als auch bei starken Änderungen, beispielsweise bei einer Fehlzündung, automatisch gesteuert werden kann.

Durch die Blende 90 besteht eine weitere Sieuc rungsmoglkrhkett des aas der Druckkammer 64 entweichenden Drucks, wie bei der Vorrichtung der F i g. 2. Die Wende 153 steuert die Geschwindigkeit, mit der der Dampfungskolben ISO nach unten zurückkehrt, da te das Gas in die Kammer 154 oberhalb des Dämpfung* kolbens 150 eintreten muB. bevor dieser sich unter dem Druck der Feder ISS nach unten zurückbewegen kann. Die Blende 153 kann einstellbar sein und die Dämp fungskammer 154 kann ein Enweg- Rückschlagventil enthalten, um die Aufwärtsbewegung des Dämpfungskolbens 150 zn eiam. Derartige Einrichtungen werden an Hand der Fig.7 noch im einzelnen erläu

Die einstellbaren Blenden 90 und 153 können auch zur Steuerung der Rückkehrgeschwindigkeit des Dämpfungskolbbens 150 in eine neutrale Stellung während des Arbeitshubs des Arbeitskolbens 20 dienen, wenn sich der Hilfskolben 54 nach links bewegt. Dadurch wird die im Dämpfungszylinder 151 durch die Stellung des Dämpfungskolbens 150 gespeicherte vorherige Anzeige der Maximalgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 20 gelöscht und es kann ein der augenblicklichen Maximalgeschwindigkeit des nächsten Arbeitshubs des Arbeitskolbens 20 entsprechendes Signal im Dämpfungszylinder 151 gespeichert werden.

Die in den F i g. 5 bis 7 gezeigte abgewandelte Ausführungsform der Steuereinrichtung 12ß dient zur Änderung des Drucks in der Druckkammer 64 entsprechend der Beschleunigung des Arbeitskolbens 20. Hierbei bildet der Hilfszylinder 66 ebenfalls eine Druckkammer 64, in der der Meß- oder Steuerdruck auf den Hilfskolben 70 wirkt, um die Kontakte des Unterbrechers 112 zu schließen oder zu öffnen. Die Steuerung des aus der Druckkammer 64 entweichenden Drucks erfolgt bei dieser Ausführungsform mit Hilfe eines Schiebers 160. in dem ein sich im Querschnitt verjüngender Kanal 161 vorgesehen ist (Fig. 6). Bei einer vertikalen Aufwärtsbewegung des Schiebers 160 verringert sich die wirksame Größe des Kanals 161. da ein Teil desselben oder der gesamte Kanal aus dem Querschnitt des Endes 88 des Hilfszylinders 66 herausbewegt wird. |e eher der Kanal 161 sich nach oben be wegt, um so eher steigt der Steuerdruck in der Druckkammer 64 auf eine bestimmte Höhe an und umgekehrt. So kann durch die Druckabnahmegeschwindigkeit durch den Kanal 161 zur Atmosphäre, die von der vertikalen Stellung des Schiebers 160 abhängt, die Verbrennungssteuerung zeitlich verändert werden.

Der Schieber 160 ist mittels eines in F i g. 7 im einzelnen gezeigten Mechanismus 162 mit einer vertikal beweglichen Nockenstößelstange 163 verbunden, die in einer eine Öffnung im Maschinengehäuse bildenden Führung gelagert ist. Das untere Ende der Nockenstößelstange 163 trägt einen Nockenstößel 166, der mit einer geneigten Nockenfläche 167 eines Nockens 168 in Berührung kommen und auf dieser laufen kann. Der Nocken 168 ist an der Kolbenstange 24 oder an einem anderen Maschinenteil befestigt, das sich mit augenblicklichen Beschleunigungen bewegt, die denen des Arbeitskolbens proportional sind. Die Neigung der Nockenfläche 167 ist in der Zeichnung übertrieben dargesiellt. Eine Feder 169 drückt den Nockenstößel 166 ständig gegen die Nockenfläche 167.

Das Innere der Nockenstößelstange 163 im mit einer Ausnehmung 171 zur Aufnahme einer Verbindung vom Schieber 160 versehen. Wie in F i g. 7 gezeigt enthäli der Schieber einen Kopf 177 von verhältnismäßig gro Ber Masse und einen nach unten ragenden Oberwur 173. der das obere Ende der Nockenstoßelstange 16: umgibt. Eine Verbindungsstange 174 reicht vom Kop 172 in die Ausnehmung 171 der Nockenstößelstang- 163. Eine Mutter oder ein anderes geeignetes Halteor gan 176 hält die Teile gemäß der Darstellung de F i g. 7 zuammen, so daß sie in vertikaler Riebtun nicht völlig getrennt werden können. Sie sind jedoch i beiden Richtungen längs ihrer gemeinsamen Vertika achse gegeneinander beweglich. Eine innen liegend Feder 177 drückt normalerweise den Schieber 160 gi genüber der hohlen Nockenstößelstange 163 nac oben. Die Federkonstante und Länge dieser Feder sir

so gewählt, daß die Mutter 176 normalerweise in einem \bstand unter dem oberen E.ide der Ausnehmung 171 liegt So ist der Schieber 160 auch nach oben über die Stellung der F i g. 7 hinaus beweglich.

Mittels eines am oberen Ende der hohlen Nockenstößelstange 163 angebrachten Dichtungsringes 178 dient dieses Ende als Kolben innerhalb des zylindrischen Oberwurfes 173, so daß sich in dem Oberwurf zwischen der Nockenstößelstange 163 und dem Kopf 172 des Schiebers eine Druckkammer 181 ergibt. Ein Kanal 182 im Kopf 172 verbindet die Kammer 181 mit einem federbelasteten Einweg-Auslaß-Rückschlagventil 183. Der Kanal 182 erlaubt ein Ablassen des Drucks aus der Druckkammer 181 bei einem plötzlichen Anstieg des Druckes. Der Kanal 182 steht ferner mit einer Blendenöffnung 184 in Verbindung, deren Größe mittels einer Ventilnadel 186 eingestellt werden kann. Die in F i g. 7 gezeigte Anordnung bildet eine beschleunigungsabhängige Verbindung zwischen dem Schieber 160 und der Nockenstößelstange 163.

Bewegt sich im Betrieb der Kolben während des Kompressionshubs langsam nach rechts, so ist die sich dabei ergebende Aufwärtsbewegung der Nockenstößelstange 163 genügend langsam, daß die Feder 177 diese Bewegung direkt auf den Kopf 172 und den Schieber 160 übertragen kann. Diese bewegen sich dann, im wesentlichen unbeeinflußt von ihrer Masse und Trägheit, als Einheit nach oben, so daß der Schieber in eine gewünschte Lage gebracht wird. Bei höheren Beschleunigungen des Kolbens wird die Nockenstößelstange 163 schneller nach oben beschleunigt als die Feder 17?, so daß sich die Trägheit des Kopfes 172 und der anderen Teile des Schiebers 160 bemerkbar macht. Damit wird plötzlich aus der Druckkammer 181 durch das Rückschlagventil 183 Luft gedruckt und die effektive Länge des von der Beschleunigung abhängigen Verbindungsmechanismus 162 wird zeitweise verkürzt. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche öffnungsweiten des Kanals 161 erreichen, um den Druck aus der Druckkammer 64 abzulassen oder in derselben aufzubauen. Die effektive Länge des Verbindungsmechanismus 162 wird dann langsam wieder größer und stellt sich auf ihren Normalwert ein, wenn die Luft durch die einstellbare Blendenöffnung 184 zurück in die Druckkammer 181 strömen kann.

Durch richtige Wahl der Form und Stellung des Kanals 161 und der Blendenöffnung 184 kann bei höheren Geschwindigkeiten, wenn der beschleunigungsabhängige Verbindungsmechanismus 162 kürzer ist, die wirksame Größe der öffnung, aus der der Druck aus der Druckkammer 64 entweicht, automatisch verändert werden, so daß die Unterbrecherkontakte früher öffnen und die Zündung entsprechend bei höheren Arbeitsgeschwindigkeiten früher eintritt. Ist die Beschleunigung des Kolbens nach rechts geringer, so steigt die effektive Länge des beschleunigungsabhängigen Verbindungsmechanismus 162. Somit wirkt der Schieber 160 automatisch in der anderen Richtung, so daß gegenüber dem Umkehrzeitpunkt des Kolbens clic Zündung später eintritt.

Fig.8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung. Diese enthält eine besondere Steuereinrichtung zur Einstellung der Zeit zwischen dem Auftreten des Meßsignals und dem die Verbrennung herbeiführenden Signal. Hiermit kann die Zeit zwischen dem Augenblick der Verbrennung und dem Augenblick der Kolbenumkehr am Ende eines KoniDressionshubs verändert werden.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann die Verbrennungszündung während eines verhältnismäßig langsamen Kompressionshubs als auch während eines verhältnismäßig schnellen Kompressionshubs richtig gesteuert werden.

Auch bei dieser Ausführungsform spricht der Hilfskolben 54 auf seiner Kolbenstange 52 auf eine auf die Bewegung bezogene Kenngröße des Arbeitskolbens an, d. h. auf seine Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Das von diesem Meßfühler erzeugte Drucksignal, das in der Druckkammer 57 des Meßzylinders in der oben beschriebenen Weise erzeugt wird, wird in eine vertikal nach oben verlaufende zylindrische Leitung 62 eingeleitet, deren oberes Ende 188 verschlossen ist. Am oberen Ende 188 der zylindrischen Leitung 62, die den Druck der Druckkammer 64 führt, ist ein zweiteiliges Gehäuse angebracht. Zwischen dem Unterteil 189 und dem Oberteil 191 dieses Gehäuses ist eine flexible Membran 192 in bekannter Weise eingespannt, deren mittlerer Teil in Vertikalrichtung längs der Achse der Leitung 62 frei biegsam ist.

F.ine vertikale Membranstange 193, die längs der Achse der Leitung 62 verläuft, ist mit ihrem unteren Ende an einem Kolben 194 im oberen Ende der Leitung

Ϊ5 62 befestigt. Zwischen dem Kolben 194 und dem geschlossenen Ende 188 der Leitung 62 ist eine Feder 196 angebracht, die der Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 194 entgegenwirkt und eine Meß- oder Bezugskraft erzeugt. Normalerweise hält die Feder 1% den Kolben 194 so weit in der Leitung 62 nach unten, daß der Kolben die Druckkammer 64 vollständig verschließt. In der Seitenwand der Leitung 62 sind ein oder mehrere Auslaßöffnungen 197 vorgesehen, und zwar in Vertikalrichtung etwas oberhalb der Ruhestellung des Kolbens 194, so daß sie beim Start eines Zyklus normalerweise verschlossen sind. Wird in der Druckkammer 57 ein Drucksignal vorherbestimmter Größe erzeugt und in die Druckkammer 64 übertragen, so bewegen sich der Kolben 194 und die Membranstange 193 nach oben. An einer bestimmten Stelle während dieser Aufwärtsbewegung werden die Auslaßöffnungen 197 mehr oder weniger stark geöffnet, so daß der Druck entsprechend aus der Druckkammer 64 entweichen kann.

Am oberen Ende 198 der Membransiarge 193 ist eine teleskopartige federnde Auflaufbremse 199 befestigt, eine in der Auflaufbremse 199 angebrachte Feder 201 drückt das Kontakt-Betätigungsglied 202 gegenüber der Membranstange 193 nach oben in Richtung oder in Berührung mit dem beweglichen Kontakt 11f des Unterbrechers 112. Die teleskopartig verschiebba re Auflaufbremse 199 mit der zwischen dem Kontakt Betätigungsglied 202 und dem oberen Ende 198 dei Membranstange 193 angebrachten Feder 201 bilde eine gleitende Verbindung, die unter bestimmten Be triebsbedingungen eine Über- oder Untersteuerung be wirkt.

Im Normalbetrieb befinden sich die Teile in eine Stellung, in der die Kontakte 116 und 120 des Unter brechers getrennt sind. Während eines Kompressions hubs, während dessen sich der Hilfskolben 54 ir, I g. nach rechts bewegt, wird durch einen in der Druckkam mcr 64 erzeugten Druck bestimmter Höhe der Kolbe 194 nach oben gedrückt, bis das Kontakt-Betätigung?

(15 glied 202 der Auflaufbremse 199 den beweglichen Kor takt betätigt und den Stromkreis durch die PrimärwicV lung der Zündspule schließt. 1st der Druck in de Druckkammer 64 so hoch, daß die Membranstange IS

■reiter nach oben gedrückt wird, so läßt die Feder 201 liese Vertikalbewegung der Membranstange 193 zu, wobei der Kontakt ebenfalls geschlossen bleibt

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist die vertikal bewegliche Membranstange 193 bei 203 in der Mitte der Membran 192 befestigt. Anschläge 204 begrenzen die maximale vertikale Ausbiegung der Membran in beiden Richtungen. Die Luftkammer 206 oberhalb der Membran 192 im Gehäuseoberieil 191 ist mit einer einstellbaren Entlüftungsöffnung versehen. Durch die Aufwärtsbewegung der Membranstange 193 und des mittleren Teils der Membran wird die Luft in der Kammer 206 komprimiert. Ein verhältnismäßig leicht ansprechendes Rückschlagventil 207 erlaubt die freie Abfuhr des Druckes aus der Kammer 206 nach außen, während sich die Membran 192 nach oben bewegt. Es verhindert das Einströmen von Luft, wenn sich die Membran nach unten bewegt. Die Luftkammer 206 steht mit einem getrennt einstellbaren Lufteinlaß 208 in Verbindung. Dieser Einlaß 208 wird durch eine veränderliche Blende 209 gesteuert, die entsprechend einer gewünschten Änderungsgeschwindigkeit des Druckes auf den Atmosphärendruck in der Kammer 206 eingestellt werden kann Die Bedienungsperson kann also die Zeitverzögerung einstellen, mit der sich die Membran 192 und die Membranstange 193 nach unten bewegen können, wodurch die Kontakte 116 und 120 geöffnet und in der Brennkammer der Maschine ein Zündfunke erzeugt wird. Die Kraft der Feder 1% ist wie in F i g. 1 mittels einer Stopfenschraube 80 einstellbar.

Mit Hilfe eines Ausströmkanals 211 ist die Geschwindigkeit der Druckentspannung in der Druckkammer 64 einstellbar. Der Ausströmkanal 211 steht mit der Druckkammer 64 über eine öffnung 212 unabhängig von der vertikalen A.uf- oder Abwärtsbewegung des Kolbens 194 ständig in Verbindung. Eine einstollbare Blende 213 steuert die Druckabnahmegeschwindigkeit durch den Ausströmkanal 211 aus der Druckkammer 64 und kann zur Unterstüzung der gewünschten Zeitsteuerung herangezogen werden.

Wie in Fig.8 schematisch durch einen Block 214 und eine Steuerverbindung 216 angedeutet ist. kann die einstellbare Blende 213 mit Hilfe des Ausgangsdrucks des Kompressors 34 oder in Abhängigkeit einer anderen Arbeits-Kenngröße gesteuert werden, die im Normalbelrieb der Maschine einen bestimmten Wert erreicht. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung soll die Blende 213 im wesentlichen geschlossen bleiben, wenn der Kompressordruck oder die andere gewählte Arbeits-Kenngröße unterhalb des im Normalbetneb der Maschine erreichten Wertes liegt. So ist also der Auslaß der Druckkammer 64 bei einem langsamen Kompressionshub, vor dem Normalbetrieb der Maschine oder nach einer vorausgehenden Fehlzündung im wesentlichen verschlossen. Der Druck in der Druck kammer 64 wird dann schneller aufgebaut als sich der Arbeitskolben und der mit ihm verbundene Hilfskolben 54 während eines solchen Kompressionshubs nach rechts bewegen. Somit wird auch während verhältnismäßig langsamer und/oder kurzer Hübe des Arbeitskolbcns nach rechts die Erzeugung eines ausreichenden Drucksignals in der Kammer 64 gewährleistet, um die Zündkontakte zu schließen oder zu öffnen.

Sobald die Maschine normaler und damit mit höheren Gcschwindigeiten arbeitet, kann die Blende 211 über die Stcucrverbindung 216 geöffnet werden, die auf die Messung der gewählten Arbeitskenngröße am Block 214 reagiert. Die Druckabnahmegeschwindigkeit in der Druckkammer 64 steigt dann an. so daß die optimale Zündsteuerung während der schnellen Hübe im Normalbetrieb erleichtert wird. Um für den Start eines neuen Zyklus den gewünschten Druck wiederherzustellen, kann an der Druckkammer 57 der Ausführungsform der F i g. 8 ein Einweg-Rückschlagventil 218 vorgesehen werden. Ein derartiges Ventil kann auch bei den Ausführungsformen der F i g. Z 3 und 5 zur Unterstützung des Druckaufbaues verwendet werden.

Die gleiche Steuerung, die auf der Messung einer gewünschten Kenngröße der Maschine oder ihrer Belastung beruht (eine derartige Belastung wird manchmal allgemein als Energieverbraucher bezeichnet) kann zur Einstellung der einstellbaren Blende 209 in der Ausführungsform der F i g. 8, oder einer anderen einstellbaren Blende, beispielsweise der Blende 90 bei den Ausführungsformen der F i g. 3 und 5 verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Zündung der Verbrennung in Freikolbenmaschinen etwa zur Zeit der Umkehr des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder am Ende eines Kompressionshubs und beim Start eines Arbenshubs kann die Verbrennungszündung ohne Rücksicht auf Änderungen der tatsächlichen Lage des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder im Moment der Umkehr nach verschiedenen Kompressionshüben gesteuert werden. Hierdurch ergeben sich größere Freiheiten bei der Konstruktion von Freikolbenmaschinen als dies bisher möglich war. Die mit einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung ausgestatteten Freikolbenmaschinen bleiben nach einer Fehlzündung oder einer anderen Störung nicht stehen, wie dies bei herkömmlichen Freikolbenmaschinen der Fall ist, bei denen in einem solchen Fall der Arbeitskolben seinen inneren Umkehr- oder Totpunkt nicht erreicht.

Durch die Zündvorrichtung der F i g. 2, 3, 5 und 8 können Frühzündungen beim Kompressionshub des Arbeitskolbens 20 an einer Stelle, bevor dieser seine Maximalgeschwindigkeit erreicht, verhindert werden. Eine Zündung wird während dieser Zeit deshalb verhindert, weil das Eingangs-Meßsignal für die Steuereinrichtung infolge der ansteigenden Geschwindigkeit des Hilfskolben 54 kontinuierlich aufgebaut und weil die niedrige Druckabnahmegeschwindigkeit in der Druckkammer 64 gesteuert wird. Die Verbrennung wird dann nur gezündet, nachdem der Arbeitskolben während des Kompressionshubs die Maximalgeschwindigkeit erreicht hat und die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 20 und des Meßkolbens 54 abnimmt.

Innerhalb des Rahmens der Erfindung sind vielerlei Änderungen und Abwandlungen möglich. Beispielsweise können andere Vorrichtungen als die in den F i g. 2 bis 8 gezeigten die Funktionen der in F i g. 1 dargestellten Blöcke übernehmen. Beispielsweise kann ein elektrisches Signal für die Messung und Steuerung verwendet werden. Auch können bei auf die Beschleunigung ansprechenden Abwandlungen der Erfindung viele verschiedene Kombinationen beweglicher Massen- und Federanordnungen oder andere bcschleu.iigungsabhiingige Steuerungen /um Messen und/oder Steuern verwendet werden.

Zwar ist es besonders vorteilhaft, ein der Maximalgeschwindigkeit des Arbcitskolbcns proportionales Meßoder Steuersignal auszunutzen. Es sind jedoch auch andere Verfahren möglich, beispielsweise die Erzeugung eines Be/ugssignals aus dem anfanglichen Anstieg der gemessenen Kenngröße, da der anfängliche Anstieg

eine mit dem Maximalwert in enger Beziehung stehende Information enthält.

Schließlich umfaßt die Erfindung sowohl die Verwendung einer einzigen, auf die Bewegung des Arbeitskolbens bezogenen Kenngröße, als auch die Verwendung mehrerer solcher Kenngrößen, und die Abwandlung der Meßsignale analog einer oder mehrerer Kenngrößen mit Hilfe von Meßsignalen, die in Abhängigkeit anderer Maschinen- oder Belastungskenngrößen erzeugt werden, um die gewünschte Zeitabhängigkeit zwischen dem Zündmoment und dem Moment der Kolbenumkehr am Ende eines Kompressionshubs zu erreichen.

Obwohl sich die vorstehende Beschreibung in der Hauptsache auf die Messung und Steuerung von während des Kompressionshubs einer Freikolbenmaschine erzeugten Signalen bezieht können die bevorzugten Ausführungsformen, insbesondere die, bei denen ein Druck erzeugt wird, und die auf einen Druck ansprechen, unter Berücksichtigung der Auswirkungen des Rückkehrhubs auf das System konstruiert werden. Dabei müssen die Auswirkungen während eines Arbeitshubs berücksichtigt werden, beispielsweise die in einem Druckmeßzylinder durch die Rückwärtsbewegung eines Druckmeßkolbens erzeugte Saugkraft und die Art, in der die verschiedenen Blenden den Rückstrom der Luft in das System für einen neuen Zyklus zulassen. In gewissen Fällen kann die Stellung des Arbeitskolbens an einem anderen Punkt als dem Umkehrpunkt als Faktor zusammen mit anderen Kenngrößen zur Steuerung oder Einstellung der Zeitsteuerung herangezogen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Zündvorrichtung für Freikolbenmaschinen mit einem Arbeitszylinder, einer darin frei hin- und herbewegbaren Kolbenanordnung mit einem Arbeitskolben, wobei einem Arbeitshub in einer Richtung unmittelbar ein Kompressionshub in der anderen Richtung folgt, ferner mit einer Einrichtung zur Einleitung der Verbrennung im Arbeitszylinder, sowie mit einer Meßeinrichtung, die zwei relativ zueinander bewegbare Elemente umfaßt und ein von der Geschwindigkeit der Relativbewegung dieser Elemente abhängiges Meßsignal erzeugt, wobei eines der Elemente mit dem Arbeitskolben bewegbar und das andere unabhängig vom Arbeitskolben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal im wesentlichen unabhängig ist von der relativen Stellung der beiden Elemente (54, 56) der Meßeinrichtung (11), daß an die Meßeinrichtung eine Steuereinrichtung (12) angeschlossen ist, die einen vorbestimmten Zustand annimmt, wenn infolge der Verzögerung des Arbeitskolbens (20) nahe dem Ende des Kompressionshubs das Meßsignal um ein vorbestimmtes Maß abgenommen hat, und die die Einrichtung (112) zur Einleitung der Verbrennung bei Erreichen des genannten vorbestimmten Zustands und damit zu einem Zeitpunkt beaufschlagt, der unabhängig von der jeweiligen Hublänge in gewünschter Relation zum Kolbenumkehrpunkt steht.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (12) eine verstellbare Einrichtung (14) zur Einstellung der zeitlichen Relation zwischen der Beaufschlagung der die Verbrennung einleitenden Einrichtung (112) und dem Kolbenumkehrpunkt enthält.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (11) ein der Augenblicksgeschwindigkeit des Arbeitskolbens(20) proportionales Meßsignal erzeugt und daß die Steuereinrichtung (12) auf eine vorbestimmte Änderung des Signals zur Beaufschlagung der die Verbrennung einleitenden Vorrichtung (112) anspricht.

4 Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (11) einen Zylinder (56) und einen darin bewegbaren Kolben (54) enthält, wobei eines dieser Elemente als Einheit mit dem Arbeitskolben (20) bewegbar ist. daß die Steuereinrichtung (12) eine Steuerdruckkammer (64), die mit dem Zylinder (56) zur Erzeugung eines Steuerdruckes verbunden ist. einen dem Druck in der Druckkammer (64i ausgesetzten bewegbaren Hilfskolben (70), der bei ansteigendem Steuerdruck in einer Richtung bewegbar ist, sowie eine einstellbare Feder (84) enthält, die den Hilfskolben gegen den Steuerdruck spannt, und daß mit dem Hilfskolben (70) eine Einrichtung (78. 94) wirksam verbunden ist, welche die die Verbren- ⁽>° nung einleitende Einrichtung (112) bei vorbestimmter Bewegung des Hilfskolbens(70) beaufschlagt.

5. Zündvorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Einrichtung (14) zur Änderung des Steuerdrucks in der ⁶S Steuerdruckkammer (64) eine verstellbare Blende (90) aufweist, die die Sleuerdruckkammcr (64) mit dem vom Steuerdruck verschiedenen Atmosphä

rendruck verbindet

6. Zündvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (90) von Hand verstellbar ist

7. Zündvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Blende (90) in Abhängigkeit von einer Arbeits-Kenngröße der Maschine automatisch verstellbar ist.

8. Zündvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Blende (90) eine auf vorbestimmte Beschleunigung des Arbeitskolbens (20) ansprechende Einrichtung vorgesehen ist.

9. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Einstelleinrichtung (14) und die Meßeinrichtung (U) auf die gleiche auf die Bewegung des Arbeitskolbens (20) bezogene Kenngröße ansprechen.

10. Zündvorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (14) und die Meßeinrichtung (U) auf unterschiedliche auf die Bewegung des Arbeitskolbens (20) bezogene Kenngrößen ansprechen.

U. Zündvorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein auf vorbestimmte Beschleunigungen des Arbeitskolbens (20) ansprechendes Glied (144,160), das die Einstelleinrichtung (14) entsprechend vorbestimmten Beschleunigungen einstellt.