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Kontaktlose Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung
betrifft eine kontaktlose Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen, bei welcher.
eine Zündspule verwendet wird, deren Sekundärwicklung mit wenigstens einer Zündkerze
in Verbindung. steht.
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Es sind bereits mehrere derartige kontaktlose Zündeinrichtungen bekannt
geworden, die im Prinzip darin bestehen, daß die Primärwicklung der Zündspule mit
einem Ladekondensator verbunden ist, der an einen Ladegleichrichter geschaltet ist.
Der Ladegleichrichter steht mit einer Ladewicklung in Verbindung, die im Umlaufbereich
eines vom Motor in Umdrehung versetzten Magnetsystems angeordnet ist. Um die Zündung
des Ladekondensators über die Primärspule zu bewirken, ist bei den vorbekannten
Anordnungen eine steuerbare Diode,z.B. ein Thyristor,vorgesehen, der in den Stromkreis
des Ladekondensators und der Primärspule geschaltet ist und dessen Steuerelektrode
mit einer besonderen Steuerspule verbunden ist, die ebenfalls im Umlaufbereich des
durch den Motor in Umdrehung versetzten Dauermagnetsystems derart angeordnet ist,
daß das Magnetsystem nach dem Vorbeilaufen an den Polschuhen der Ladespule an dem
Pol der Steuerspule vorbeiläuft und den durch die Ladespule aufgeladenen Kondensator
durch einen Zündimpuis über die Primärwicklung der Zündspule entlädt, wenn dieser
Zündimpuls an die Steuerelektrode des Thyristors gelangt.
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Bei den vorbekannten Einrichtungen wird also durch induktive
Beeinflussung
der Ladewicklung der Ladekondensator aufgeladen und durch den Thyristor über die
Primärwicklung der Zündspule entladen, wobei zur Erzeugung der Steuerspannung für
die Steuerelektrode des Thyristors ebenfalls eine induktiv beeinflußbare Steuerwicklung
vorgesehen ist, deren induktive Beeinflussung getrennt von derjenigen der Ladewicklung
erfolgt.
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Ein bevorzugtes, jedoch nicht ausschließliches Anwendungsgebiet einer
derartigen Zündeinrichtung liegt bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen zum Antrieb der
verschiedensten Einrichtungen, wie z.B. Motorsägen, Zweiradfahrzeugen, Booten od.
dgl., wo es darauf ankommt, bei einer gegebenen Drehzahl eine größtmögliche Leistung
aus dem Motor herauszuholen.
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Obwohl sich die oben genannten Zündeinrichtungen im allgemeinen bewährt
haben, war es mit ihnen jedoch nicht möglich, eine weitere Leistungssteigerung zu
bewirken, da die Probleme der Frühverstellung des Zündzeitpunktes bei zunehmender
Umdrehungszahl nicht genügend berücksichtigt werden konnten. Für einen rückschlagfreien
Start und zur leistungsmäßig optimalen Ausnutzung des Motors bei hohen Drehzahlen,
muß der Zündzeitpunkt
in Abhängigkeit von der Drehzahl verstellt
werden.
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Zu diesem Zweck wurde bei einer der oben genannten vorbekannten Einrichtungen
vorgeschlagen, vor das induzierende umlaufende Magnetsystem auf der umlaufenden
Scheibe oder Nabe ein kleines Geberleitstück um einige Winkelgrade versetzt anzuordnen,
welches dem Magnetsystem vorauseilt. Wegen der geringeren magnetischen Beeinflussung
dieses kleinen Geberkreises reicht zunächst die Amplitude nicht aus,um den Thyristor
durchzusteuern. Mit zunehmender Drehzahl steigt die durch das Geberleitstück induzierte
Spannung an, so daß beim Erreichen der Verstelldrehzahl auch die durch dieses Geberleitstück
induzierte Spannung die Triggerschwelle des Thyristors erreicht. Dadurch folgt allerdings
eine sprungartige Verstellung des Zündzeitpunktes nach 'früh'2.
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Diese vorbekannte Einrichtung konnte jedoch nicht in einfacher Weise
an die Verhältnisse jedes Motors angepaßt werden, da nur empirisch ermittelt werden
konnte, welche magnetische Feldstärke das Geberleitstück aufweisen muß, um die oben
erwähnte Verstellung zu bewirken. Außerdem mußten auch mechanische Größen berücksichtigt
werden, so daß dieser Effekt nicht als rein automatisch ablaufende elektronische
Frühverstellung
bezeichnet werden kann.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine kontaktlose
Zündeinrichtung der oben genannten Art zu schaffen, bei welcher die Frühverstellung
in einfacher Weise vollelektronisch bewirkt und den jeweiligen Verhältnissen des
Motors angepaßt eingestellt werden kann. Gleichzeitig soll durch die Einrichtung
gemäß der Erfindung bewirkt werden, daß in Anpassung der Verhältnisse des Motors
eine zusätzliche Leistungssteigerung im oberen Drehzahlbereich bewirkt wird.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine kontakt lose Zündeinrichtung
für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule vorgeschlagen, deren Sekundärwicklung
mit wenigstens einer Zündkerze in Verbindung steht und deren Primärwicklung mit
einem an einen Ladegleichrichter geschalteten Lrdekondensator verbunden ist, der
durch eine in einer Ladewicklung mittels eines durch den Motor in Umdrehung versetzten
M§gnetsystems induzierte und gleichgerichtete Spannung aufladbar ist und dieser
Ladekondensator über die Primärwicklung der Zündspule mittels eines Thyristors entladbar
ist, wenn ein von
einer im Bereich des umlaufenden Magnetsystems
angeordneten Steuerspule erzeugter Spannungsimpuls an die Steuerelektrode des Thyristors
gelangt und die dadurch gekennzeichnet ist, daß parallel zur unmittelbar an die
Steuerelektrode des Thyristors geschalteten Steuerspule ein Ohmscher Widerstand
geschaltet ist, dessen optimaler Wert aus der Verstellkurve der Frühverstellung
aus dem Drehzahl - Leistungsdiagramm des Motors ermittelt wird. Der Widerstand kann
dabei einstellbar sein. Er kann aber auch mittels einer Testvorrichtung zuvor ermittelt
und nachher als Festwert in die Schaltung eingesetzt werden.
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Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung kann die Frühverstellung des
Motors durch Einstellung des Widerstandes elektronisch durchgeführt werden. Durch
die Veränderung des Widerstandes kann die Frühverstellung in der Weise erfolgen,
daß, wenn der Widerstand größer wird, die Frühverstellung größer wird.
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Wird der Widerstand kleiner, so wird auch die Frühverstellung kleiner.
Das bedeutet, daß die Frühverstellung durch Wahl des Widerstandswertes begrenzt
werden kann. Der Widerstand darf natürlich nur in gewissem Maße kleiner werden,
da sonst die Triggerspannung an der Steuerwicklung zu Null wird und keine
Auslösung
des Thyristors mehr erfolgt. Die genaue Bestimmung des Xiderstandes ist auch erforderlich,
um einen exakten Anlauf bei der gewünschten Anlaufdrehzahl zu erreichen. Durch die
Steuerspule wird ein kontinuierliches Ansteigen der Spannung erreicht, was gleichzeitig
eine Frühverstellung bewirkt.
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Durch den erfindungsgemäß eingesetzten Begrenzungswiderstand kann
die Frühverstellung begrenzt werden, wobei das Begrenzungsmaß durch die Größe des
Widerstandes bestimmt wird. Durch ein Testgerät kann somit auf dem Prüfstand festgestellt
werden, bei welcher Frühverstellung, bezogen auf die Drehzahl des Motors, diese
die günstigsten Leistungswerte abgibt. Hieraus kann dann die Verstellkurve errechnet
werden. Ist der Wert aus der ermittelten Kurve festgelegt, so kann dieser festgelegte
Widerstandswert in die Schaltung als Festwiderstand eingesetzt werden. Somit ist
eine optimale Leistungseinstellung bei einem gegebenen Motor möglich. Selbstverständlich
kann der Widerstand auch einstellbar gemacht werden, um am Motor selbst die optimale
Einstellung der Frühverstellung durchzufUhren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich noch zum Widerstand
eine Zenerdiode parallel-geschaltet werden.
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Diese Zenerdiode dient zur absoluten Begrenzung der elektronischen
Frühverstellung bei einer ganz bestimmten Drehzahl. Da nämlich beim Erreichen des
Spannungswertes der Zenerdiode diese leitend wird, wird die Spannung auf diesen
Spannungswert begrenzt. Damit ist indirekt auch eine Leistungsbegrenzung des Motors
möglich,ohne daß die Zündung ausgeschaltet wird. Von großer Bedeutung ist diese
Anordnung dann, wenn es darauf ankommt, die Leistung des Motors zur Schonung desselben
bei einer gegebenen Drehzahl zu begrenzen. Es ist dann auch nicht mehr erforderlich,sogenannte
Drehzahlanzeigegeräte zu verwenden, um festzustellen, in welchem Leistungsbereich
der Motor geschaltet werden muß.
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Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung der
Zündeinrichtung gemäß der Erfindung in räumlicher Zuordnung des
Magnetsystems
zur Lade- und Steuerspule.
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Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung der Zündeinrichtung gemäß der
Erfindung im Prinzip.
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Fig. 3 zeigt ein Detail einer abgewandelten Ausführungsform der Schaltungsanordnung
gemäß Fig. 2.
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Fig. 4 zeigt ein weiteres -Detail einer abgewandelten Schaltungsanordnung
gemäß Fig. 2.
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Fig. 5 zeigt eine grafische Darstellung der Leistungskurven mit der
und ohne die Zündeinrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 6 zeigt ein weiteres Detail der Schaltungsanordnung.
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Wie sich aus den Figuren 1 und 2 ergibt, besteht die Zündeinrichtung
aus einer Ladespule 1, die einen Eisenkern 2 aufweist. Die Polschuhe des Eisenkernes
2 sind so zu einem in Richtung des Pfeiles 3 umlaufenden Magnetsystem 4 angeordnet,
daß beim Vorbeilaufen der Pole des Magnetsystems 4 an den Polschuhen des Kernes
2 eine Spannung mit einer bestimmten Irnpulsform induziert wird. Das Magnetsystem
4 befindet
sich im hochstehenden Rand 5 einer umlaufenden Scheibe,
die vom Motor aus angetrieben wird. In einem mittleren feststehenden Teil 6 ist
eine Steuerspule 7 mit einem Eisenkern 8 angeordnet, der einpolig radial nach außen
zeigt.
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Wenn das Magnetsystem 4 bei der Umdrehung in der gestrrhelten Stellung
4' ankommt, wird in der Steuerspule 7 ein Spitzenimpuls erzeugt.
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In der Schaltungsanordnung für die Zündeinrichtung gemäß der Erfindung
gemäß Fig. 2 steht die Ladespule 1 mit einem Vollweggleichrichter 9 in Verbindung,
dessen Ausgang einerseits an Masse und andererseits mit dem Ladekondensator 10 in
Verbindung steht. Der Ladekondensator 10 ist ferner an die Primärwicklung 11 der
Zündspule angeschlossen, deren Sekundärwicklung 12 mit der Zündkerze in Verbindung
steht.
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Der Verbindungspunkt des Vollweggleichrichters 9 mit dem Ladekondensator
10 steht mit einem Thyristor 13 in Verbindung, der nach Messe und damit an das andere
Ende der Primärwicklung 11 geschaltet ist. Die Steuerelektrode des Thyristors steht
mit dem einen Wicklungsende der Steuerspule 7 in Verbindung.
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Parallel zur Primärwicklung 11 der Zündspule ist eine Diode 14 geschaltet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist parallel zur Steuerspule 7 ein
Ohmscher Widerstand 15 geschaltet. Dieser Widerstand kann ein Festwiderstand sein,
dessen Wert zuvor ermittelt wird und der dann fest in die Schaltung eingebaut wird.
Es ist aber auch möglich, wie in Fig. 3 gezeigt, anstelle des Festwiderstandes 15
einen einstellbaren Widerstand 15' in der Schaltung vorzusehen, der entsprechend
den Verhältnissen des Motors eingestellt werden kann.
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Die Funktion der Schaltungsanordnung für die Zündeinrichtung gemäß
der Erfindung ist dabei wie folgt.
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Nach dem Start und dem Sichumdrehen der Motorwelle läuft der damit
verbundene Ring 5 gemäß Fig. 1 mit der Motorwelle um.
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Dadurch wird das Magnetsystem 4 zunächst an den Polschuhen des Kernes
2 der Ladewicklung 1 vorbeibewegt,- wodurch ein Spannungsimpuls erzeugt wird. Dieser
Spannungsimpuls wird durch den Vollweggleichrichter 9 gleichgerichtet, d.h. sowohl
der positive wie auch der negative Betrag des Impulses wird zur Erzeugung der Speicherenergie
verwendet. Die gleichgerichtete Spannung wird dem Ladekondensator 10 zu-geführt,
der sich auf den entsprechenden Betrag auf lädt. Durch die Diode 14
wird
verhindert, daß der Aufladestrom über die Primärwicklung 11 der Zündspule fließt.
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Wenn der Kondensator 10 aufgeladen ist und das Magnetsystem sich im
Verlauf der Umdrehung weiterbewegt, giangt dieses in den Bereich der Steuerspule
7, die in einem bestimmten Winkel von der Ladespule 1 im inneren ruhenden Teil 6
angeordnet ist. Das Magnetsystem erreicht dabei die in 4' gestrichelt dargestellte
Stellung und induziert in der Spule 7 einen Spannungsimpuls, der der Steuerelektrode
des Thyristors 13 zugeführt wird und nunmehr die Entladung des Kondensators 10 über
die Primärwicklung 11 der Zündspule einleitet, da die Diode 14 den Strom in dieserRichtung
sperrt.
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Mit zunehmender Drehzahl wird die in der Spule 7 induzierte Spannung
größer, wodurch sich eine Frühverstellung beim Zünden des Thyristors 13 ergibt.
Durch die Steuerspule wird also ein kontinuierliches Ansteigen der Spannung und
der Drehzahl erreicht, was gleichzeitig eine Frühverstellung bewirkt.
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Damit wäre eine Frühverstellung bis Unendlich möglich.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun parallel zur Steuerspule
7
ein Ohmscher Widerstand 15 geschaltet, der es durch Wahl seines Wertes gestattet,
die Frühverstellung beliebig einzustellen und den Verhältnissen des Motors anzupassen.
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Damit kann durch Änderung des Widerstandes 15 derselbe Effekt wie
mit einer mechanischen Frühverstellung erzielt werden.
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Wie bereits oben erwähnt, ist eine derartige Frühverstellung des Zündzeitpunktes
für eine optimale Ausnutzung der Motorleistung erforderlich.
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Durch Veränderung des Widerstandes kann die Frühverstellung in der
Weise erfolgen, daß die Fruhverstellung größer wird, wenn der Widerstand größer
wird. Wird der Widerstand kleiner, so wird auch die Frühverstellung kleiner. Der
Widerstand darf natürlich nur in einem gewissen Maße kleiner werden, da sonst die
Steuerspannung, die von der Spule 7 geliefert wird, zusammen bricht. Durch den Widerstand
wird also die Frühverstellung begrenzt. Das Begrenzungsmaß wird durch den Wert des
Widerstandes bestimmt. Durch ein Testgerät kann auf dem Prüfstand festgestellt werden,
bei welcher Frühverstellung, bezogen auf die Drehzahl, der Motor die günstigsten
Leistungswerte abgibt.
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Hieraus kann dann die Verstellkurve errechnet werden. Ist der Wert
des W-iderstandes aus der ermittelten Kurve festgelegt,
so kann
dieser festgelegte Widerstandswert in die Schaltung als Festwiderstand eingesetzt
werden. Somit ist eine optimale Leistungseinstellung bei gegebenem Motor möglich.
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In Fig. 5 ist eine grafische Darstellung gezeigt, in welcher über
der Umdrehungszahl (U/min) die Leistungswerte in PS für einen Handsägenmotor aufgetragen
sind. Die gestrichelte Kurve stellt den Leistungsverlauf in Abhängigkeit von der
Umdrehungszahl bei einem Motor dar, der keine Frühverstellunb im Sinne der Erfindung
aufweist. Die stark ausgezogene Kurve stellt die Leistungswerte bei den entsprechenden
Umdrehungszahlen dar, die mit der Begrenzung der Frühverstellung durch den Widerstand
15 ermittelt wurden. Aus der grafischen Darstellung ist ersichtlich, daß vor allem
in den oberen Drehzahlbereichen bei einem gegebenen Motor eine Leistungssteigerung
von 8 bis 10 Z bei gleicher Kubikzahl und gleichen Umdrehungszahlen erreicht werden
konnte.
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Wie sich aus Fig. 4 ergibt, kann zusätzlich zu dem Widerstand 15 parallel
eine Zenerdiode 16 geschaltet werden. Diese Zenerdiode dient zur absoluten Begrenzung
der elektronischen Frühverstellung bei einer bestimmten Drehzahl. Da nämlich beim
Erreichen des
Spannungswertes der Zenerdiode 16 diese leitend wird,
ist die Spannung auf den Wert der Zenerdiode begrenzt. Indirekt ist damit auch eine
Leistungsbegrenzung des Motors gegeben.
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Durch die Zenerdiode ist somit eine echte Leistungsbegrenzung ohne
Ausschalten der Zündung möglich.
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Um der Gefahr einer Zerstörung des Motors durch eine Überdrehzahl
zu begegnen,könnte die erfindungsgemäße Schaltung eingesetzt werden. Eine -Drehzahlanzeige
und ein hierfür erforderliches Drehzahlanzeigegerät würde damit in Fortfall geraten,
da automatisch bei einer gegebenen und ermittelten Drehzahl die Leistung des Motors
durch die genannte Schaltung begrenzt werden würde.
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Es sei noch hervorgehoben, daß mit der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung
durch Messung der Spannungswerte am Widerstand en 15 ein Abgleicdes Motors in Bezug
auf seine Frühverstellung vorgenommen werden kann, ohne daß, beispielsweise zur
Einstellung des Zündzeitpunktes, eine Zündlichtpistole erforderlich ist.
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In Fig. 6 ist eine weitere Abwandlung der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 4 dargestellt. Die Zenerdiode 16 ist über einen Widerstand 17 mit Masse verbunden.
Der Verbindungspunkt der Zenerdiode 16 mit dem Widerstand 17 ist an die Basis eines
Transistors 18 geschaltet, desen Kollektor mit der Zuleitung zum Gate des Thyristors
13 in Verbindung steht und dessen Emitter an Masse geschaltet ist.
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Wird die Durchbruchspannung der Zenerdiode 16 erreicht, so schaltet
der Transistor 18 durch, und die Triggerspannung geht auf null V zurück. Der Zündthyristor
sperrt, und die Zündung setzt so lange aus, bis die Rückschaltspannung des Thyristors
wieder erreicht ist.