DE2211689A1

DE2211689A1 - Zündsystem

Info

Publication number: DE2211689A1
Application number: DE19722211689
Authority: DE
Inventors: Donald C Sidney; Bernhardt Herman E. Unadilla; N.Y. Loudon (V.St.A.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-03-10
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1972-11-23
Also published as: FR2131414A5; AT318309B; NL7203135A; US3765390A; IT950020B; GB1342056A

Description

PatenSanwMlSe

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Heuck - Dip! Phys. W. Schmite

Dipl. Ug. E. Graalfs - Dip!, !ng. VV. Wahnert

8 München 2, filOzaiS^s-aS© 25

Telefon 5380586

Tne Bendix Corporation 9. März 1972

Executive Offices

Bendix Center Anwaltsakte M-2o81

Southfield, Michigan 48o75/USA

Zündsystem

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem ohne Unterbrecher für eine Brennkraftmaschine mit einem Kondensator, Mitteln zum Aufladen des Kondensators und Mitteln zum Triggern der Entladung des Kondensators über eine Zündspule, um über den Luftspalt einer Zündkerze einen Funken hervorzurufen. Die Erfindung betrifft insbesondere den Schaltkreis zum Aufladen des Kondensators, der das Schwungrad der Brennkraftmaschine als Teil der Mittel, die die auf dem Kondensator zu speichernde Energie erzeugen und als Teil der Mittel benutzt, die die Entladung des Kondensators über die Zündspule triggern.

Übliche Magnetzündsysteme (d.h. Hoch- und Niedersparmungssysteme), die Unterbrecherkontakte und Impulskupplungen benötigen, weisen einen hohen Warteaufwand auf und benötigen einen besonderen Maschinenantrieb, der der Abnutzung unterliegt. In manchen Anwendungsfällen, z.B. bei Antriebsmaschinen für ölfeidpumpen, wo

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große mit Funken gezündete Horizontalmaschinen mit einem oder zwei Zylindern im offenen Gelände benutzt und den Witterungseinflüssen ausgesetzt werden, ist ein hohes Maß an Betriebssicherheit mit einem geringen Aufwand an Unterhaltungsarbeiten erforderlich. Da die Brennkraftmaschinen für ölfeldpumpen gestartet werden, indem das Maschinenschwungrad durchgedreht wird, ist es weiterhin für den Bedienungsmann der Maschine wünschenswert, eine relativ einfache Vorrichtung zu haben, die automatisch den Zündzeitpunkt verzögert oder vorschiebt, während die Maschine die Drehzahl ändert, wenn die Last geändert wird oder die Maschine hochgefahren wird.

Um diese Wünsche zu erfüllen, schafft die vorliegende Erfindung ein Zündsystem mit einen magnetischen Fluß führenden Platten, die auf dem Schwungrad der Maschine montiert sind und mit einer Stator-Anordnung zusammenwirken derart, daß elektrische Impulse in einer Spule der Startanordnung während einer jeden Umdrehung des Schwungrades erzeugt werden, mit einem die Energie dieser Impulse speichernden Kondensator und einem Zündkreis, der von einem Thyristor (SCR) zum periodischen Anlegen der gespeicherten elektrischen Energie an die Zündkerze gesteuert wird,und einen magnetischen Fluß führenden Zapfen, die auf dem Schwungrad montiert sind und mit einer zweiten Statoranordnung zusammenwirken derart, daß eine zweite Folge elektrischer Impulse in einer Spule dieser zweiten Statoranordnung bei jeder Umdrehung des Schwungrades erzeugt wird, um den Thyristor zu triggern.

Die Erfindung wird nun in einer Ausführungsform an Hand mehrerer

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Figuren ausführlich beschrieben. Von den Figuren zeigen:

' Fig. 1 eine Darstellung eines Zündsystems ohne Unterbrechung in Kombination mit einer ein Schwungrad aufweisenden Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Zündsystems ohne Unterbrecher,

Fig. 3 eine mehr ins einzelne gehende schematische Darstellung eines Zündsystems ohne Unterbrecher für Brennkraftmaschinen,

Fig. 4 eine Darstellung einer Statoranordnung in C-Form, die an einer Brennkraftmaschine montiert werden kann, um in Abhängigkeit von der Bewegung des Maschinenschwungrades elektrische Energie zu erzeugen, und

Fig. 5 eine Aussicht auf die Statoranordnung gemäß Fig. 4.

Die Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Schwungrad 2, welche die Ideen der vorliegenden Erfindung benützt.

Das unterbrecherIose Zündsystem, das in Kombination mit der Brennkraftmaschine 1 benutzt wird, weist eine oder mehrere einen magnetischen Fluß führende Platten 11 z.B. aus kalt gewalztem Stahl auf, die auf dem Schwungrad montiert sind; weiterhin gehört zum

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Zündsystem eine mit Hilfe eines Montagewinkels 15 in der Nähe des Schwurgrsdas 2 montierte Statoranordnung 2o, eine Zündspule ho zur Bereitstellung von Energie für die nicht gezeigte Zündkerze und ein Steuerkreis 3o, der in Zusammenarbeit mit den Triggerzapfen 7 und 8 und der Statoranordnung 2o in geeigneter Weise das Anlegen der Spannungen an die Zündspule mit der Drehung der Maschine synchronisiert. Die Triggerzapfen 7 und 8 sind in einem größeren radialen Abstand von der Achse des Schwungrades angebracht als die Platten 11, um die Triggerzapfen 7 und 8 räumlich von den Platten zu trennen und sie somit von dem Ladekreis, aber nicht von dem Triggerkreis in der Statoranordnung 2o zu trennen.

Die Statoranordnung 2o ist so auf der Maschine 1 montiert, daß sie dem Schwungrad 2 benachbart und in geringem Abstand von diesem angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Statoranordnung 2o und dem Schwungrad 2 ist derart, daß ein Triggerzapfen 7 oder 8 oder eine Platte 11 die magnetischen Kreise der Statoranordnung in entsprechender Weise beeinflussen, um einen Triggerimpuls oder einen Ladeimpuls auszulösen, wenn der Triggerzapfen 7 oder 3 oder die Platte 11 sich genau gegenüber der Stator-Anordnung 2o befinden. Obwohl die Platten 11 als getrennte und auf dem " Schwungrad 2 montierte Platten dargestellt sind, kann das Schwungrad so gegossen werden, daß es eine oder mehrere erhabene Flächen aufweist, die die einen magnetischen Fluß leitenden Pfade darstellen und daher ein Anbringen getrennter Platten 11 unnötig machen. Die getrennten Platten 11 tragen aber zu der Vielseitig-

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keit des Zündsystems bei, da zusätzliche Platten 11 auf das Schwungrad aufgebracht werden können, um die elektrische Gesamtenergie zu vergrößern, die pro Umdrehung des Schwungrades von dem Zündsystem erzeugt wird.

Die Figur 2 ist ein schematisches Diagramm, das erläutert, wie die Bewegung einer Platte 11 oder eines Triggerzapfens 7 oder 8, vorbei an der Statoranordnung 2o, in dem Ladekreis und dem Triggerkreis Spannungsimpulse erzeugt. Zur Erleichterung des Verständnisses ist der unterbrecherlose Zündkreis in einen Schaltkreis 2o der Statoranordnung, einen Steuerkreis 3o und einen Zündspulenkreis 4o eingeteilt. Die elektrischen Elemente, die in jedem dieser Zündkreise und den entsprechenden in der Fig. 1 gezeigten Anordnungen enthalten sind, sind jeweils innerhalb der gestrichelten Linien dargestellt.

Die Statoranordnung 2o schließt einen Permanentmagneten 25, einen magnetischen Fluß führende Bleche 23, eine Ladespule 21, die mit dem Magneten 25 und den Blechen 23 einen elektromagnetischen Kreis aufbaut, eine Triggerspule 22, einen Magneten 27, und einen magnetischen Fluß führende Bleche 2¹I ein, die mit der Spule 22 und dem Magneten einen elektromagnetischen Kreis aufbauen.

Die Ladespule 21 spricht elektromagnetisch auf den Vorbeilauf einer Platte 11 und die Triggerspule 22 spricht elektromagnetisch auf den Vorbeilauf eines Triggerzapfens 7 oder 8 an.

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Der Sreuerkreis 3o weist einen Festkörper-Gleichrichter 31, einen Ladskondensator 33 und einen Thyristor-Schalter 35 auf, dessen Gate 36 und dessen Kathode 38 mit der Triggerspule 22 und dessen Anode mit dem Zündspulenkreis ko und dessen Kathode mit der Ladespule 21 und dem Ladekondensator 33 zusammengeschaltet sind.

Der Zündspulenkreis weist eine Primärwicklung 41 auf, deren eines Ende mit dem Ladekondensator 33 und dem Gleichrichter 31 schaltungsmäßig verbunden und deren anderes Ende schaltungsmäßig mit der Anode des Thyristor-Schalters 35 verbunden sind. Die Sekundärwicklung 42 des Zündspulenkreises 4o ist schaltungsmäßig mit einer Zündkerze 6o verbunden.

Das in der Fig. 2 dargestellte Zündsystem enthält keinerlei bewegliche Bauteile und jede Anordnung ist hermetisch abgedichtet, um eine fehlerhafte Betriebsweise bei Benutzung des Systems unter freiem Himmel zu vermeiden. Während die einen magnetischen Fluß führende Platten 11 an der Statoranordnung 2o vorbeilaufen, verursachen sie Änderungen in dem magnetischen Fluß, der dem Teil der Statoranordnung 2o zugeordnet ist, der die Spule 21, den Magneten 25 und die Bleche 23 einschließt. Bei dieser Ausführungsform erzeugen die Ladespule 21, die Bleche 2 3 und der Permanentmagnet 25 bei jedem Vorbeilauf einer Platte 11 an der Statoranordnung 2o zwei Spannungsimpulse (einen mit positiver und einen mit negativer Amplitude). Die Gleichrichtung dieser primären Ausgangssignale in einen pulsierenden Gleichstrom wird mit Hilfe der Blockierdiode 31 in dem Steuerkreis 3o erreicht. Die durch Zusammenwirken der Ladespule 21 in der Statoranordnung mit den

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Energie

sich bewegenden Platten 11 erzeugte ^ wird dann in dem Kondensator 33 des Steuerkreises 3o gespeichert. Die Energie verbleibt solange auf dem Kondensator 33, bis der Kondensator entwird

laden, indem der Thyristor 35 in dem "EIN"-Zustand getriggert wird. Jedesmal wenn der Schalter 35 durchgeschaltet wird, findet eine elektrische Entladung über dem Luftspalt der Zündkerze 6o statt. Nachdem der Kondensator 33 entladen worden ist, kehrt der Thyristorschalter 35 in den "AUS"-Zustand zurück, wodurch eine erneute Aufladung - des Speicherkondensators 33 möglich wird.

Die Zeitsteuerung des Zündfunkens wird elektronisch durch die Triggerzapfen 7 oder 8 bewirkt, die auf der einen Seite des Schwungrades angebracht sind. Wenn einer der Triggerzapfen 7 oder 8 an der Triggerspule 22 vorbeigeführt wird, wird über der Spule 22 ein kleiner Spannungsimpuls erzeugt, der den Thyristor 35 triggert, d.h. durchschaltet, wodurch eine Entladung des Kondensators 3 3 über die Primärspule Hl der Zündspule 4o möglich wird. Dadurch wird in der Primärwicklung M-2 der Zündspule Hq momentan eine Hochspannung aufgebaut, die die Zündkerze 6o zündet.Bei dieser Ausführungsform sind die Spulen 21 und 22 und die ihnen zugeordneten Komponenten der magnetischen Kreise Bestandteile ein- und derselben Statoranordnung 2o. Es ist natürlich auch möglich, die Teile in getrennten Anordnungen zusammenzufassen.

Eine verzögernde oder voreilende Zeitsteuerung wird durch die Benutzung zweier Triggerzapfen 7 und 8 erzielt, die in Drehrichtung des Schwungrades gesehen einen Winkelabstand voneinander aufweisen. Die Zeitsteuerung des Funkens eilt automatisch vor,

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wenn die Drehgeschwindigkeit zunimmt, und wird automatisch verzögert, wenn die Drehgeschwindigkeit abnimmt. Dies wird erreicht, indem der erste Triggerzapfen 7 in Drehrichtung gesehen so angeordnet wird, daß er beim Vorbeilauf an der Spule 22 und den Blechen 24 einen größeren Abstand von diesen aufweist als der zweite Triggerzapfen 8. Bei niederen Geschwindigkeiten erzeugt der Zapfen 7 keine Spannung, die zur Triggerung des Thyristors 35 ausreicht. Bei Zunahme der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades wächst auch die Amplitude der vom ersten Triggerzapfen 7 beim Passieren der Triggerspule 22 erzeugten Impulse soweit an, daß sie für eine Triggerung der Festkörper-Steuervorrichtung 3 5 ausreicht. Bei Startgeschwindigkeiten erzeugt der Triggerzapfen 8, dessen Abstand zurSpule 22 kleiner ist als der Abstand des Zapfens 7 eine Spannung in der Spule 22, die zu einem "EIN"-Schalten des Thyristors 35 ausreicht. Bei Zunahme der Drehgeschwindigkeit des Schwungrades 2 wächst aber die Flußänderung pro Zeiteinheit, die durch den Vorbeilauf des ersten Triggerzapfens 7 verursacht wird, auf einen Wert an, der für die Erzeugung einer Spannung ausreicht, die den Thyristor 3 5 durchschaltet.

Die Fig. 3 ist ein dem in Fig. 2 gezeigten ähnliches Diagramm mit der Ausnahme einiger zusätzlicher Merkmale. In dem zweiten schematischen Diagramm sind alle die Schaltkreiskomponenten, die dieselbe Aufgabe erfüllen wie entsprechende Komponenten in Fig. 2 mit denselben 3ezugszeichen versehen, wie sie in der Fig. 2 gebraucht worden sind. In diesem Schaltkreis ist eine Span-

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nungsverdreifachungs-Schaltung verwendet worden, um den Maximalwert der an die Primärwicklung41 der Zündspule angelegten Spannung zu erhöhen, wenn der Kondensator 33 entladen wird. Der Spannungsverdreifacherkreis besteht aus dem Kondensator 33 und der Diode 31, die mit Blockdioden 72 und 73 und Kondensatoren 71 und 7H zusammengeschaltet sind. Die Dioden 31, 72 und 73 in Kombination mit den Kondensatoren 33, 71 und 7M- erzeugen eine Gleichspannung, die angenähert gleich dem dreifachen Wert der Spitzeneingangsspannung ist, die über der Spule 21 erzeugt wird.

Eine zum Kondensator 33 parallelgeschaltete Diode 75 liegt mit ihrer Kathode an der positiven Seite des Kondensators 33. Diese Diode 75, die auch eine Zenerdiode sein kann, verhindert, daß der Kondensator 33 eine negative Restladung speichert, die das

tkl Ergebnis der end-elektromagnetischen Wirkung der Primärwindung ¹H der Zündspule 4o ist, nachdem der Kondensator 33 über die Prxmärwx ck lung entladen worden ist.

Ein Gate-Kathodenwiderstand 76 und eine Diode 77 begrenzen den Reststrom, der zwischen dem Gate 36 und der Kathode 38 des Thyristors 35 fließt, wenn der Thyristor 35 sich im "AUS"-Zustand befindet. Der Widerstand 76 verhindert darüberhinaus, daß in der Triggerspule 22 hin und wieder auftretende Rauschsignale den Thyristor 35 "EIN"-schalten.

Fig. H zeigt eine im allgemeinen C-förmige Ausbildung des Teils der Statoranordnung 2o, die die Ladespule 21, den Magneten 25

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und die einen magnetischen Fluß führenden Bleche 23 einschließt. Obwohl andere Anordnungen wie z.B. E-förmige Anordnungen benutzt werden können, wird vorzugsweise diese besondere C-Form benutzt, da es bei dieser Form nicht erforderlich ist, Magnete auf dem Schwungrad zu montieren. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Ladespule 21 auf dem einen Schenkel der Bleche 2 3 aufgebracht, während der Magnet 25 in dem anderen Schenkel der Bleche 23 angeordnet ist. Auf diese Weise wird beim Vorbeilauf einer Platte 11 an der Statoranordnung 2o der Fluß in dem magnetischen Kreis variiert, wodurch an den Zuführungen A und B der Ladespule 21 eine Ausgangsspannung erzeugt wird.

Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf den C-förmigen Teil der Statoranordnung 2o, der die Lage des Permanentmagneten 25 in dem einen Schenkel der Anordnung zeigt. Die Bleche 23 und der Magnet 25 werden durch unmagnetische Halteplatten 8 und Bolzen 9 zusammengehalten.

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Claims

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. He'jcii - Dio! P η vs. W. S. hr-.itr

Dipl. Ing. E. Graslfs - Di;. I. Ing. VV. Vvonr -·π

8 München 2, t^zasi^i;^® 2,3

Telefon 538 0586

The Bendix Corporation 9. März 1972

Executive Offices Anwaltsakte M-2o81

Bendix Center

Southfie-ld, Michigan 48o75, USA

Ansprüche

1/ Zündsystem ohne Unterbrecher für eine ein drehbares Schwungrad und eine Zündkerze zum Zünden des Brennstoffes aufweisenden Brennkraftmaschine mit einer Statoranordnung einschließlich einer Spule und einem Permanentmagneten, die unter Aufbau eines elektromagnetischen Kreises in der Nähe des Schwungrades angeordnet sind, mit wenigstens einer auf dem Schwung-• rad angeordneten einen magnetischen Fluß leitenden Platte, die bei Drehung des Schwungrades periodisch in elektromagnetische Wechselwirkung mit der Spule und den Magneten tritt, so daß periodisch in der Spule ein Spannungsimpuls erzeugt wird, mit einem Kondensator zum Speichern der bei Drehung des Schwungrades in der Spule erzeugten Energie und mit einer Zündspule, die eine Primärwicklung für die periodische Aufnahme der vom Kondensator herangeführten Energie und eine SekundärwJcklmg für das periodische Anlegen dieser Energie

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an di·?. Zündkerze aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thyristor-Schalter (35) für das periodische Entladen des Kondensators (33) über die Primärwicklung (41) der Zündspule (Ho) und Mittel zum periodischen Triggern des Thyristors (35) in den "EIN"-Zustand vorgesehen sind, so daß der Kondensator (33) sich über die Primärwicklung(41) der Zündspule (4o) entlädt, und die Triggermittel eine zweite Spule (22) einschließen, die derart in der Nähe des Schwungrades angeordnet ist, daß bei Drehung des Schwungrades in der zweiten Spule (22) periodisch ein Spannungsimpuls mit einer für die Triggerung des Thyristors (35) in den "EIN"-Zustand ausreichenden Amplitude induziert wird, wodurch der Kondensator (33) zum Entladen und die Zündkerze (6o) zum Aufbau eines Zündfunkens gebracht wird.
2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggermittel weiterhin wenigesten einen auf dem Schwungrad (2) angeordneten Triggerzapfen (8) aufweisen, der bei Drehung des Schwungrades (2) periodisch in elektromagnetische Wechselwirkung mit der zweiten Spule (22) tritt.
3. Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggermittel zwei Triggerzapfen (7,8) einschließen, von denen der in Drehrichtung gesehen erste (7) beim Vorbeilauf an der zweiten Spule (22) einen größeren Abstand von dieser aufweist als der zweite Triggerzapfen, so daß die Zündfunkenzeitvoreilung der Maschinenzündung automatisch eingestellt werden

kann.

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