DE2211575C2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit Magnetgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator zur Versorgung eines Energiespeichers nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei bekannten Zündanlagen dieser Art versorgt der Magnetgenerator über eine Diodeneinheit einen als Energiespeicher dienenden Kondensator (DE-OS 19 07 067). Zum Zwecke der Abgasentgiftung ist es erwünscht, daß die Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich mit einer Spätzündung arbeitet. Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades ist es dagegen im oberen Drehzahlbereich erforderlich, die Brennkraftmaschine mit Frühzündung arbeiten zu lassen. Bei der bekannten Lösung wird diese drehzahlabhängige Zündzeitpunktverstellung dadurch erreicht, daß ein zusätzlich angebrachter, magnetischer Geber mit zwei verschiedenen Wicklungen versehen ist, die mit entgegengesetztem Wicklungssinn über jeweils eine Diode zueinander parallel geschaltet sind. Der magnetische Impulsgeber ist an die Steuerelektrode eines Im Entladestromkreis des Kondensators angeordneten Thyristors angeschlossen. Die positive Spannungshalbwelle der kleineren Geberwicklung ist der positiven Spannungshaibwelle der größeren Geberwicklung vorgelagert. Iin unteren Drehzahlbereich wird der Thyristor durch die Spannungshalbwelle der größeren Geberwicklung gezündet und im oberen Drehzahlbereich durch die Spannung der kleineren Geberwicklung, so daß eine sprungartige Verstellung des Zündzeltpunktes in Richtung Frühzündung erfolgt.

Es ist ferner eine Lösung bekannt, bei der eine sprungartige Zündzeitpunktverstellung in Richtung Frühzündung bei zunehmender Drehzahl durch zwei in Umfangsrichtung des Magnetgenerators hintereinanderliegende Geber erzielt wird, deren Steuerimpulse unterschiedliche Amplituden haben (DE-OS 18 09 283).

Die bekannten Lösungen haben den Nachteil, daß neben den Generatorwicklungen zur Versorgung des Energiespeichers besondere Impulsgeber zur Steuerung des elektronischen Schaltelementes erforderlich sind, die mit mehreren Wicklungen versehen sind oder paarweise im Magnetgenerator angeordnet werden müssen. Derartige Zündanlagen sind daher aufwendig in ihrer Herstellung und wegen des großen Platzbedarfs der zusätzlichen Impulsgeber sind sie bei kleineren Brennkraftmaschinen oftmals nicht realisierbar, da der benötigte Platz nicht vorhanden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündanlage so zu gestalten, daß ohne zusätzliche Impulsgeber die Ansteuerung des elektronischen Schaltelementes auf einfache Welse möglich ist und die ferner eine drehzahlabhängige Verstellung des Zündzeltpunktes in gewünschten Grenzen gestattet.

Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs erreicht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Generatorwicklungen sowohl die Versorgung des Energiespeichers über den

gesamten Drehzahlbereich sicherstellen als auch eine Sprungverstellung des Zündzeitpunktes in Richtung Frühzündung bei zunehmender Drehzahl bewirken.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Magnetgenerator bei jeder Umdrehung mit mindestens zwei aufeinander folgenden Spannungshalbwellen den Energiespeicher versorgt, von denen zur Verstellung des Zündzeitpunktes die erste Halbwelle eine kleinere Amplitude als die zweite Halbwelle hat und daß das elektronische Schaltelement durch eine am Energiespeicher liegende, vorzugsweise über ein spannungsabhängiges Bauteil auf die Steuerelektrode des elektronischen Schaltelementes gelangende Spannung beim Erreichen eines vorbestimmten Wertes umschaltbar ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Energiespeicher aus einem Kondensator besteht, der mit der Primärwicklung eines Zündtransformators in Reihe geschaltet ist, dessen Sekundärwicklung mit einer Zündkerze verbunden ist und daß das elektronische Schaltelement ein parallel zum Kondensator und Zündtransformator liegender Thyristor ist. Die vom Magnetgenerator abgegebenen Spannungen können dabei zwei in Gegenphase liegende Wechselspannungen verschiedener Amplitude sein, deren positive Halbwellen über Dioden auf den Kondensator gelangen. Es ist aber auch möglich, daß der Generator nur eine Wechselspannung abgibt, deren erste positive Spannungshalbwelle eine kleinere Amplitude als die zweite negative Spannungshalbwelle hat. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Magnetgenerator zur Versorgung einer Zündanlage mit einer drehzahlabhängigen Zündzeitpunktverstellung,

Fi g. 2 das Schaltbild einer Kondensatorzündanlage mit zwei Versorgungswicklungen,

Fig. 3 den zeltlichen Verlauf der Spannungen in den zwei Versorgungswicklungen des Magnetgenerators nach Fig. 1 und

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der Spannung am Kondensator einer Zündanlage nach Fig. 2.

Fig. 5 zeigt eine andersartige Schaltung des Magnetgenerators zur Versorgung einer Kondensatorzündanlage.

In Fig. 1 ist ein Magnelgenerator für eine Einzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine mit 10 bezeichnet. Er besteht aus einem vorzugsweise im Schwungrad der Brennkraftmaschine eingegossenen Dauermagneten 12, der zwischen zwei zum Umfang des Schwungrades 11 gerichtete Polschuhe 13 und 14 angeordnet ist. Ein am Gehäuse der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordneter Ladeanker 15 ist mit einem U-förmigen Eisenkern 16 versehen, dessen Schenkel 16a von außen her zum Umfang des Schwungrades U hin gerichtet sind. Bei dieser Anordnung laufen die Polschuhe 13 und 14 des Dauermagneten 12 mit jeder Umdrehung des Schwungrades 11 unter den Schenkeln 16a des Eisenkerns 16 hindurch. Der Eisenkern 16 trägt zwei Versorgungswicklungen 17 und 18, die über jeweils eine Leitung 19 und 20 mit einer elektronischen Schalteinrichtung 21 der Zündanlage verbunden sind. Die elektronische Schalteinrichtung 21 ist mit einem Energiespeicher 22 verbunden, an dessen Ausgang eine Zündkerze 23 angeschlossen ist.

Die Fig. 2 zeigt den Schaltungsaufbau der Zündanlage nach Fig. 1 unter Verwendung der gleichen Bezugszahlen für die gleichen Teile. Die beiden Versorgungswicklungen 17 und 18 des Magnetgenerators 10 sind in Gegenphase geschaltet, indem sie mit einem Ende miteinander verbunden sind und über einen Abgriff 24 an Masse liegen. Ihre freien Enden sind über Versorgungsleitungen 19 und 20 und über je eine von zwei in der Schalteinrichtung 21 angeordneten Dioden 25 und 26 > über eine Leitung 31 mit dem Energiespeicher 22 verbunden, der aus einem Kondensator 27 besteht, welcher mit der Primärwicklung 28a eines Zündtransformator 28 in Reihe geschaltet ist. Parallel zur Primärwicklung 28a des Zündtransformators 28 liegt eine Diode 29, deren Anode ü; mit dem Kondensator 27 und deren Kathode mit Masse verbunden ist. Die Sekundärwicklung 28fr des Zündtransformators 28 ist an die Zündkerze 23 angeschlossen. Die elektronische Schalteinrichtung 21 enthält neben den Dioden 25 und 26 einen Thyristor 30, dessen Anode über die Leitung 31 mit dem Kondensator 27 verbunden ist. Der Thyristor 30 liegt parallel zum Kondensator 27 und der Primärwicklung 28u des Zündtransformators. Der Kondensator 27 ist über die Leitung 31 und einen spannungsabhängigen Bauteil mit der Steuerelektrode 30a des kathodenseilig auf Masse liegenden Thyristors 30 verbunden. Das spannungsabhängige Bauteil besteht aus einer Zenerdiode 33, die mit einem Widerstand 34 in Reihe geschaltet ist.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage wird anhand der in Fig. 3 und 4 dargestellten Spannungsi-Diagramme erläutert. Fig. 3 zeigt die in den Versorgungswicklungen 17 und 18 beim Umlauf des Schwungrades 11 induzierten, zueinander in Gegenphase liegenden Spannungen ί/ι7 und U_n. Die Spannung (Z₁₇ ist wegen der kleineren i» Windungszahl der Versorgungswicklung 17 in ihrer Amplitude kleiner als die Spannung U_lH der Versorgungswicklung 18 mit der größeren Windungszahl. Der Kondensator 27 wird jeweils durch die von den Dioden 25 und 26 durchgelassenen positiven Halbwellen der Span- Vj nungen U₁₁ und t/,₈ aufgeladen. Dabei gelangt die kleinere positive Spannungshalbwelle U\-i unmittelbar vor der größeren positiven Spannungshalbwelle U\g auf den Kondensator 27.

Im unteren Drehzahlbereich ist - wie Fi g. 4 zeigt - die 4(i zur Steuerung des Thyristors 30 am Kondensator 27 abgegriffene durch die Versorgungswicklung 17 mit der kleineren Windungszahl erzeugte Spannung U₁. geringer als die zur Umschaltung des Thyristors 30 erforderliche Zenerspannung U. der Zenerdiode 33. Erst durch die nachfolgende größere positive Spannungshalbwelle L'|_S überschreitet die Kondensatorspannung U₁. die Zenerspannung U-. Zu diesem Zündzeitpunkt Z_:p wird die Zenerdiode 33 leitend und die Kondensatorspannung U₁. gelangt auf die Steuerelektrode 30a des Thyristors 30 und schaltet diesen In den stromleitenden Zustand um. Der Kondensator 27 entlädt sich nun über den Thyristor 30 und die Primärwicklung 28a des Zündtransformators 28. Dabei wird in der Sekundärwicklung 286 des Zündtransformators 28 eine Hochspannung induziert, die an der Zündkerze 23 einen Zündfunken zur Folge hat. Nach dem Umladen des Kondensators 27 gelangt der Thyristor 30 beim Stromnulldurchgang wieder in den Sperrzustand und der Kondensator 27 wird bei einer weiteren Umdrehung des Schwungrades 11 durch die positiven Spanbo nungshalbwellen der Spannungen U_n und Un erneut aufgeladen. Der Zündvorgang wiederholt sich daher bei jeder vollen Umdrehung des Schwungrades 11. Bei der Aufladung des Kondensators 27 wird dabei die Primärwicklung 28a des Transformators 28 durch die Diode 29 ^h> überbrückt, um auf diese Weise die Erzeugung einer Hochspannung In der Primärwicklung 286 des Zündtransformators 28 und damit die Gefahr von Fehlzündungen an der Zündkerze 23 zu vermeiden.

Mit steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöhen sich auch die in den Versorgungswicklungen 17 und 18 induzierten Spannungen Um und U₁,- Bei einer sogenannten Sprungdrehzahl erfolgt eine sprungartige Verstellung des Zündzeitpunktes in Richtung Frühzündung. Bei dieser Drehzahl wird bereits durch die positive Halbwelle der Spannung t/,₇ an der Versorgungswicklung 17 mit der kleineren Windungszahl der Kondensator 27 so weit aufgeladen, daß die Kondensatorspannung U₁ die Zenerspannung U. der Zenerdiode 33 überschreitet und den Thyristor 30 in den stromleitenden Zustand umschaltet. Der Spannungsverlauf ist in Flg. 4 als strichpunktierte Kurve dargestellt.

Der Zündzeitpunkt verschiebt sich dabei sprungartig um einen Winkel Δ α, dessen Wert vom Abstand der beiden positiven Halbwelten der Spannungen Un und U₁₁₁ abhängt. Dieser Abstand ist durch die Abmessungen des Ladeankers 15 und den Polschuhen 13 und 17 des Dauermagneten 12 festgelegt und lüßt sich folglich durch Änderung dieser Abmessungen wahlweise bestimmen.

Je nach Auslegung der Versorgungswicklungen 17 und 18 kann die Sprungdrehzahl einen höheren oder geringeren Wert annehmen. So ist es möglich, daß zur Reinigung der Abgase die Brennkraftmaschine unterhalb der Sprungdrehzahl mit einer Spätzündung und oberhalb der Sprungdrehzahl zur Erzielung der maximalen Leistung mit einer Frühzündung arbeitet.

In Fig. 5 sind die zwei Versorgungswicklungen des Magnetgenerators Teile einer mit einer Anzapfung 24a an Masse liegenden Spule 32. Die freien Enden der Spule 32 sind über Leitungen 19 und 20 über je eine Diode 25 und 26 und über die Leitung 31 mit dem Kondensator 27 verbunden. Beide Dioden 25 und 26 sind dabei in einer Diodeneinheit 35 integriert, die mit zwei Anodenanschlüssen und mit einem Kathodenanschluß versehen ist. Die Anzapfung 24a sowie das freie Ende des unteren Spulenteüs 32a ist jeweils über eine Diode 36 und 37 mit Masse verbunden. Dabei sind auch die beiden Dioden 36 und 37 zu einer Diodeneinheit 38 integriert. Sie ist im Gegensatz zur Diodeneinheit 35 mit zwei Kathodenanschlüssen und mit einem Anodenanschluß ausgerüstet, der an Masse liegt. Der Kondensator 27 ist in Fi g. 5 über die Leitung 31 mit der Anode des Thyristors 30 und über einen als VDR bekannten spannungsabhängigen Wider stand 39 mit der Steuerelektrode 30ο des Thyristors 30 verbunden, dessen Kathode an Masse liegt.

Die Wirkungsweise der Zündanlage stimmt im wesentlichen mit der Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Zündanlage überein. Durch die Anordnung der Diodeneinheiten 35 und 38 sind die in den Wicklungsteilen 32a und 32ft der Spule 32 induzierten Spannungen in der ersten Penodenhälfte in Gegenphase geschaltet. Dabei gelangt die im Wicklungsteil 32a erzeugte positive Halbwelle über die Diode 26 und über die Leitung 31 auf den Kondensator 27, indem der Stromkreis über Masse und über die Diode 36 geschlossen wird. Der Kondensator 27 wird daher im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine durch diese Halbwelle auf eine Spannung U₁ aufgeladen, die unterhalb der erforderlichen Spannung zum Umschalten des Thyristors 30 liegt. In der zweiten Penodenhälfte werden die Spannungen in den Wicklungsteilen 32a und 32b durch die Anordnung der Diodeneinheiten 35 und 38 addiert, wobei die volle Spannung der Spule 32 über die Diode 25 und über die Leitung 3 auf den Kondensator 27 gelangt, indem der Stromkreis über Masse und über die Diode 37 geschlossen wird. Bei dieser Schaltung kann die Spule 32 mit der ¹S gleichen Windungszahl versehen werden, wie die Ladewicklung 18 in Fig. I und 2. Die Ladewicklung 17 entfällt dabei, weil die kleinere Spannung i/₁₇ (Fig. 3) an der Spule 32 und somit von der größeren Spannung U_n abgegriffen wird.

lü Der spannungsabhängige Widerstand 39 ist so bemessen, daß erst beim Erreichen der erforderlichen Spannung U, am Kondensator 27 der Thyristor 30 in den stromleitenden Zustand umgeschaltet wird. Durch die Auslegung der Spule 32 wird erreicht, daß im unteren Drehzahlbereich der Thyristor erst durch die zweite Spannungshalbweiie und im oberen Drehzahibereich durch die erste Spannungshalbwelle umgeschaltet wird.

Da die Aufladung des Kondensators 27 eine gewisse Zeit erfordert, die vom Ohmschen Widerstand im Lade-Stromkreis und somit vom Widerstand der Versorgungswicklungen 17 und 18 bzw. vom Widerstand der Spule 32 abhängt, läßt sich die Ansteuerung des Thyristors 30 in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung zu einer Drehzahlbegrenzung der Brennkraftmaschine verwenden. Der Widerstand im Ladestromkreis ist dabei so bemessen, daß der Kondensator 27 bei maximaler Drehzahl nicht mehr bei jeder Umdrehung des Polrades auf die zum Umschalten des Thyristors 30 erforderliche Spannung aufgeladen wird. Als Folge davon treten Zündaussetzer JO auf, die wesentlich ungefährlicher sind, als eine vollständige Abschaltung der Zündanlage. Der Ohmsche Widerstand im Ladekreis der Zündanlage kann z. B. durch die Versorgungswicklungen oder in einfacher Weise durch einen mit der Diode 29 in Reihe geschalteten, in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Widerstand festgelegt werden.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, da einzelne Merkmale weggelassen oder gegeneinander ausgetauscht werden können. So ist beispielsweise die Zener-•Ό diode 33 durch jedes elektronische Element zu ersetzen, das ein spannungsabhängiges Steuersignal abgibt.

Es ist ferner im Rahmen der Erfindung möglich, daß ohne spannungsabhängiges Bauteil der Thyristor sich selbst (über Kopf) steuert, wobei die Steuerelektrode lediglich zum Sperren des Thyristors über einen Widerstand mit seinem Kathodenanschluß verbunden ist. Auch kann anstelle eines kapazitiven Energiespeichers ein induktiver Energiespeicher verwendet werden. Erfindungswesentlich ist dabei, daß die zur Speicherung der elektrischen Energie benötigte Spannung des Magnetgenerators zwei aufeinanderfolgende Halbwellen aufweist, von denen die erste Spannungshaibweiie kleiner als die zweite Spannungshalbwelle ist und im unteren Drehzahlbereich nicht ausreicht, um den Thyristor 30 oder ein anderes elektronisches Schaltelement umzuschalten. Die Spannung des Magnetgenerators kann dabei auch eine Wechselspannung mit einer kleineren positiven und einer größeren negativen Halbwelle sein, die über eine Zweiweggleichrichterschaltung dem Energiespeicher zugeführt wird. Eine solche Wechselspannung läßt sich in einfacher Weise dadurch erzeugen, daß ein Teil der Spule 32 des Magnetgenerators durch eine Diode mit einem Schutzwiderstand überbrückt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Energiespeicher, der von der drehzahlabhängigen Spannung eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Magnetgenerators versorgt wird und durch ein elektronisches Schaltelement im Zündzeitpunkt die gespeicherte Energie an eine mit ihm verbundene Zündkerze abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (3Qa) des elektronischen Schaltelementes (30) über ein spannungsabhängiges Bauteil (33, 39) an die spannungsführende Seite des Energiespeichers (27) angeschlossen ist und daß der Magnetgenerator (10) bei jeder Umdrehung mit mindestens zwei aufeinander folgenden Spannungshalbwellen (U₁₁, i/'id) den Energiespeicher (27) versorgt, von denen die erste Halbwelle (U_tl) gegenüber der zweiten Halbwelle (6_lg) eine kleinere Amplitude hat, so daß das elektronische Schaltelement durch die am Energiespeicher (27) liegende Spannung (U₁) beim Erreichen eines bestimmten Wertes (U.) umschaltbar ist, der im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine über der Amplitude der ersten (U₁₁) und unter der Amplitude der zweiten Halbwelle (U_IK) liegt.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher aus einem Kondensator (27) besteht, der mit der Primärwicklung (2Sa) eines Zündtransformators (28) in Reihe geschaltet ist, dessen Sekundärwicklung (286; mit einer Zündkerze (23) verbunden ist.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Schaltelement ein Thyristor (30) ist, der einerseits zum Magnetgenerator (10) und andererseits zur Reihenschaltung von Kondensator (27) und Zündtransformator (28) parallel geschaltet ist.

4. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetgenerator (10) mit zwei In Gegenphase geschalteten auf einem Ankerkern (16) angeordneten Wicklungen (17, 18) versehen ist, deren eines Ende an Masse liegt und deren anderes Ende über jeweils eine Diode (25, 26) mit dem Energiespeicher (27) verbunden ist.

5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Wicklungen Teile (32a. 326; einer mit einer an Masse liegenden Anzapfung (24a) versehenen Spule (32) sind.

6. Zündanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dioden (25, 26) zu einer Diodeneinheit (35) mit zwei Anodenanschlüssen und einem Kathodenanschluß integriert sind.

7. Zündanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfung (24a) sowie das freie Ende einer Wicklung (32a) des Magnetgenerators über je eine Diode (36, 37) mit Masse verbunden ist.

8. Zündanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (36, 37) zu einer Diodeneinheit (38) mit zwei Kathcdenanschlüssen und einem an Masse liegenden Anodenanschluß integriert sind.

9. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur im unteren Drehzahlbereich die am Kondensator (27) abgegriffene, durch die erste Spannungshalbwelle (U₁₁) des Magnetgenerators (10) erzeugte Spannung U₁) geringer als die zur Umschaltung des Thyristors (30) am spannungsabhängigen Bauteil (33, 39) erforderliche Spannung ist.

10. Zündanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsabhängige Bauteil aus einer Zenerdiode (33) besteht, die mit einem Wider stand (34) in Reihe geschaltet ist.

11. Zündanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsabhängige Bauteil ein spannungsabhängiger Widerstand (39) ist.