DE2247511A1 - Zuendanordnung - Google Patents

Description

PATEN t'A N Vk X L ι* Ε

PROF. DR. DR. .J. PEITS fön tR

DR.-ING. WOLFRAM BUNTE . _

DR. KARL GEORG LÖSCH 2247511

D- ÖOOO MÜNCHEN 13, BAUERSTRASSE 22. POSTFACH 78Ο · FERNRUF (Ο811) 37 65 83 · TELEX 52ΤΒ20Θ ISAR d

M/ 12 292

JOHN RICHARD WIEGAND Valley Stream, New York, und

MILTON VELINSKY Plainfield, New Jersey, USA

Zündanordnung

Die Erfindung betrifft eine Zündanordnung und insbesondere einen Zündverteiler, der eine hohe elektrische Spannung zu Zündkerzen in entsprechender Zündfolge* mit genauer Steuerung und hoher Betriebssicherheit führt.

Zündverteiler für Brennkraftmaschinen haben gewöhnlich eine Verteilerwelle, die mit einem Ritzel im Motorblock so verbunden ist, daß sich die Verteilerwelle mit der gleichen Drehzahl wie die Nockenwelle der Maschine dreht. Die Verteilerwelle trägt einen Kontaktunterbrechernocken mit einer Vielzahl von Vorsprüngen, ■ deren Anzahl der zu zündenden Kerzen entspricht. Ein beweglicher Unterbrecherkontakt bzw. Kontakthebel ist angrenzend an den Nocken schwenkbar angeordnet, während ein ortsfester Unterbrecherkontakt fest angrenzend an den Nocken vorgesehen ist. Der Kontakthebel ist so federvorgespannt, daß er normalerweise den ortsfesten Kontakt berührt. Auf dem oberen Ende der Verteilerwelle ist ein Verteilerrotor angebracht, der eine Elektrode hat, die sich nach außen zu einer Vielzahl von ortsfesten Kontakten erstreckt, die wiederum elektrisch mit den Zündkerzen verbunden sind.

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Der Primärteil des Zündschaltkreises umfaßt ein« Niederspannungsbatterie von 6 oder 12 V, die in Reihe zu einer Primärwicklung einer Zündspule geschaltet ist, sowie bewegliche und feste Unterbrecherkontakte. Wenn .die Kontakte sich berühren, fließt ein Strom durch die Primärwicklung wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird., Wenn der Kontaktunterbrechernocken die Kontakte trennt, wird die Priniärschaltung unterbrochen und das durch die Primärwicklung erzeugte Magnetfeld bricht zusammen, wodurch eine hohe Spannung von zehntausenden von Volt in einer Sekundärwicklung induziert wird, die angrenzend an die Primärwicklung angeordnet ist. Die induzierte Spannung wird einem speziellen Kontakt und über diesen Kontakt einer Zündkerze zugeführt, was zur Erzeugung eines Funkens führt.

Man hat bereits viele Versuche unternommen, um die Beziehung "Erzeugen und Unterbrechen" zwischen den beweglichen und festen Unterbrecherkontakten zu beseitigen, da die Unterbrecherkontakte verunreinigt werden und verschleißen. Der Spalt zwischen den Kontakten ist krixisch. Wenn der Spalt zu klein ist, tritt eine Unterbrechung des Primärschaltkreises bei hohen Drehzahlen oft nicht ein, was zu einem Ausfall des Zündens der Kerzen führt. Wenn der Spalt zu groß ist, ist das Starten der Maschine schwierig. Da weiterhin die Beziehung für das "Erzeugen und Unterbrechen" zwischen den Kontakten von den» Federweg des Kontakthebels zu dem festen " Kontakt abhängt, wird diese Beziehung bei hohen Drehzahlen oft nicht erfüllt, auch wenn die Kontakte den richtigen Abstand haben, Von fehlerhaften Unterbrecherkontakten hervorgerufene Falschzündungen der Maschine sind eine Hauptursache für die Luftverunreinigung infolge der Abgabe giftiger Gase. Außerdem führt dies zu einer unwirksamen bzw. unvollkommenen Verbrennung, die mehr Brennstoff erfordert, als für den Normalverbrauch erforderlich wäre, wobei andere Teile, wie die Zündkerzen, verunreinigt werden und die Luft stärker verschmutzt wird.

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Trotz vieler Versuche, diese Nachteile zu vermeiden, gibt es bisher kein zufriedenstellendes System. Es wurden mehrere magnetisch induktive Systeme entwickelt, um die Notwendigkeit für das Vorhandensein von Unterbrecherkontakten auszuschließen. Diese Systeme sind jedoch unzureichend, da sie nicht in der Lage sind» genügend Energie bei niedrigen Drehzahlen zu produzieren, um ein geeignetes Zünden der Kerzen zu gewährleisten, .oder sie erzeugen zu viel Energie bei sehr hohen Drehzahlen, was zur Zerstörung oder zum vorzeitigen Verschleiß der Zündkerzen führt. Weiterhin_%sind diese Systeme unzureichend, da die Steuerung der Zündung der Kerzen nicht genügend genau ist. .

Das Ziel der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung einer Zündanordnung, die wirksam über lange Zeiträume arbeitet, ohne daß eine häufige Wartung und ein Ersatz von Teilen erforderlich wird, und die gleichmaßen gut bei hohen und niedrigen Drehzahlen arbeitet. Durch das erfindungsgemäße System soll die Notwendigkeit iür das herkömmliche "Erzeugen und Unterbrechen"-Kontaktsystem vermieden und dadurch die Wartungskosten verringert und das Arbeiten der Maschine verbessert werden. Schließlich soll die erfindungsgemäße Zündanordnung auf einfache Weise und ohne Aufwand herstellbar sein und bei den bereits bestehenden Maschinen verwendet werden können.

Dies wird erfindungsgemäß einmal durch eine Zündanordnung erreicht, die eine Primärschaltung, einen Trigger bzw. eine Auslöseeinrichtung für das Betätigen der Primärschaltung sowie eine Sekuiidärschaltung hat, die auf die Primärschaltung anspricht* Die Sekundärschaltung ist herkömmlich gebaut und hat eine Sekundärwicklung der Zündspule Und eine zugeordnete herkömmliche Schaltung mit einem.;,Yerteilerrotor, Kontakten und Leitungen zu den einzelnen. Zündkerzen. Die Primärschaltung hat eine herkömmliche Primärwicklung der Zündspule. Der

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herkömmliche Kontaktunterbrechernocken und die beweglichen und ortsfesten Unterbrecherkontakte werden jedoch von einem elektronischen Ventil ersetzt, das mit einer Präzisionssteuerung durch die Triggereinrichtung getätigt wird«

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Triggereinrichtung umfaßt ein Drehteil, das mit der Nockenwelle einer Maschine in Antriebsverbindung steht und eine Vielzahl von Drähten aufweist, die im gleichen Winkelabstand herum angeordnet sind. Jeder Draht ist so ausgebildet, daß er eine Hülle und einen Mittelkern hat. Die Hülle kann in einer Axialrichtung permanent magnetisiert werden und hat eine hohe Koerzitivkraft. Der Kern hat eine relativ niedrige Koerzitivkraft und kann in einer ersten insgesamt axialen Richtung durch die Hülle magnetisiert werden. Die Magnetisierung des Kerns ist durch Anlegen eines zweiten Magnetfeldes umkehrbar, das eine Richtung hat, die umgekehrt zu der der Hülle ist, und das größer ist als das der Hülle. Wenn das zweite Magnetfeld entfernt wird, magnetisiert das Magnetfeld der Hülle den Kern wieder in die erste axiale Richtung. Angrenzend an den Rotor ist ein Sensor angebracht, der bei einer Ausführungsform einen Permanentmagneten hat, dessen Magnetfeld stärker ist als das der Drahthülle und umgekehrt in Richtung zu dem Hüllenfeld wirkt. Der Sensor hat auch eine leitende Drahtspule. Da jeder Draht neben dem Sensor angeordnet wird, bewirkt der Sensormagnet die Umkehr der Richtung des Magnetfeldes des Kerns. Wenn der Draht "durch das Feld des Sensormagtteten hindurchgellt, fängt die Hülle den Kern magnetisch ein, wodurch das Magnetfeld, dem die Sensorspule ausgesetzt ist, beträchtlich modifiziert wird. Diese Feldänderung induziert einen Strom in der Sensorspule. Der induzierte Strom wird verstärkt und zu dem Steuerelement des elektronischen Ventils gerichtet, das in Reihe mit einer Batterie und der Primärwicklung der Zündspule geschaltet ist. Wenn sich das Drehteil dreht, wird jedesmal dann, wenn ein Draht neben dem Sensor zu

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liegen kommt, ein Impuls erzeugt, der das elektronische Ventil schließt, was zu einem Stromdurchgang durch die Primärwicklung führt. Der Strom durch die Primärwicklung erzeugt ein Magnetfeld, welches eine stark erhöhte Spannung in der hinauftransformierenden Sekundärwicklung der Zündspule induziert. Die höhere Spannung der Sekundärwicklung wird zu dem speziellen Kontakt, der dem Draht an dem Rotor neben dem Sensor entspricht, und zu einer speziellen Zündkerze geführt, wodurch ein Funke zur Entzündung des Verbrennungsgemisches in dem Zylinder erzeugt wird, i,n dem die Zündkerze sitzt.

Da der Impuls, der durch die Umkehr des Magnetfeldes in dem Kern des Drahtes in der Nebenordnung zu dem Sensor erzeugt wird, auf eine ausreichende Höhe verstärkt wird, um das elektronische Ventil zu triggern, und da der durch die Primärspule gehende Strom nicht von der Größe des erzeugten Impulses abhängt, sondern statt dessen von der Batterie hervorgerufen wird, ist die Spannung am Sekundärteil der Zündspule annähernd gleich, unabhängig von der Drehzahl der Maschine. Durch die Beseitigung der Kontakte für das "Erzeugen und Unterbrechen" wird weiterhin ein kritisches Teil des Zündsystems beseitigt, das bisher konstant gewartet werden mußte, da die Verteilerunterbrecherkontakte Verunreinigungen und einem schnellen Verschleiß ausgesetzt waren.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Zündanordnung mit einer Primärspule mit einer Batterie, wobei die Primärwicklung einer. Zündspule und ein elektronisches Ventil die Erregung der Primärwicklung durch die Batterie steuern. Die Anordnung umfaßt weiterhin eine Sekundärschaltung mit der Sekundärwicklung der Zündspule, eine Vielzahl von Kontakten, die mit der Zündeinrichtung für die Verbrennung und einem Verteiler verbunden sind, wobei die Anordnung so getroffen wird, daß in der Folge eine vollständige elektrische Verbindung zwischen der Sekundärwicklung und jedem Kontakt

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erfolgt. Die Anordnung hat schließlich noch eine Triggereinrichtung mit wenigstens einem Draht, der an einem Rotor angebracht ist, wobei der Draht eine Hülle und einen Kern von unterschiedlicher Koerzitivkraft hat, sowie einen Magnet für die Umkehr der magnetischen Polarität des Kerns und einen Fühlkopf für das Fühlen einer Änderung des Magnetflusses um den Draht, die ansprechend auf das Auftreten von bestimmten Kriterien hervorgerufen wird, wobei der Fühlkopf ein Signal zur Steuerung des elektronischen Ventils schafft.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt einen impulberzeugenden Draht und einen Sensor, wie sie bei der erfindungsgemäßen Zündanordnung verwendet werden.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Triggereinrichtung der Zündanordnung.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2. Fig. k ist eine Stirnansicht des Sensors von Fig. 2.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Zündanordnung.

Fig. 6 zeigt_ perspektivisch und teilweise schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zündverteilers .

Bevor näher auf die Erfindung eingegangen wird, sollen der Aufbau und die Arbeitsweise des Hauptelementes des erfindungsgemäßen Zündverteilers erläutert werden.

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In Fig. 1 ist ein Magnetdraht mit Eigenkernerzeugung gezeigt,

wie er in der Patentanmeldung P .. erläutert ist.

Dabei wird ein magnetisierbarer Draht Io behandelt, damit eine Hülle 12 und ein mittlerer Kern I^ ausgebildet wird. . Die Hülle kann dabei in einer Axialrichtung permanentmagnetisiert werden und hat eine hohe Koerzitivkraft, während der Kern Ik eine relativ niedrige Koerzitivkraft hat. Ein solcher Draht kann, dadurch hergestellt werden, daß ein Draht eines ferromagnetischen Materials gezogen und verfestigt wird, beispielsweise durch Umfangsreckung, um so eine relativ "harte" magnetische Hülle 12 des Drahtes auszubilden, die eine relativ hohe Remanenz und Koerzitivkraft hat. Der Draht hat einen relativ "weichen" magnetischen Kern Ik mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft. Sowohl die Hülle als auch der Kern sind magnetisch anisotrop, wobei die Easy-Achse der Magnetisierung parallel zur Drahtachse Io verläuft. Der Draht Wird dann magnetisiert,, indem er einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt wird. Die relativ "harte" Hülle 12 hat eine Remanenz und eine Koerzitivkraft, die in ausreichendem Maße größer ist als die des relativ "weichen" Kerns Ik, so daß beim Entfernen des äußeren Magnetfeldes die Hülle ihre Ladung bzw. Orientierung beibehält und den Kern ankuppelt oder "einfängt", indem der Kern in einer Axialrichtung entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der Hülle magnetisiert wird. Auf diese Weise bildet der Kern Ik einen magnetischen Rückkehrpfad oder Shunt für die Hülle 12, was durch die Flußlinien in Fig. 1 gezeigt ist. Zwischen dem Kern und der Hülle wird eine Bloch-Wand ausgebildet.

Wenn der Draht Io einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt wird, das größer ist als das Feld der Hülle und das eine Polarität hat, die zu der der Hülle entgegengesetzt ist, beispielsweise durch Anordnen eines Permanentmagneten l6 sehr nahe an dem Draht Io, so wächst das äußere Feld, dem der Draht ausgesetzt ist, bis ein Punkt erreicht wird, bei welchem der

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äußere, Magnet l6 den Kern Ik von der Hülle 12 "einfängt", indem die Flußrichtung des Kerns durch den Prozeß der Kernbildung bzw. Schaffung einer Bloch-Wand umgekehrt wird* Die Umkehr der Feldrichtung des Kerns führt zu einer abrupten Änderung des den Draht Io umgebenden Magnetflusses« Wenn der Permanentmagnet 16 von dem Draht Io entfernt wird, fängt die Hülle den Kern wieder ein, wodurch eine zusätzliche abrupte und ausgeprägtere Änderung in dein den Draht umgebenden Magnetfluß erfolgt. Insgesamt ist die Fortschrittsgeschwindigkeit der Bloch-Wand längs des Drahtes eine Funktion der Drahtzusammensetzung, des metallurgischen Aufbaus, des Durchmessers und der Länge sowie der Stärke des äußeren Magnetfeldes. In einer angrenzend an den Draht Io angeordneten Spule lö wird durch diese abrupte Änderung des Magnetfelds ein Stromimpuls induziert, der dann wie nachstehend beschrieben benutzt werden kann.

Zur Bildung der Trigger- bzw. Auslöseeinrichtung des erfindungsgemäßen Zündverteilers wird eine Vielzahl derartiger Drähte Io verwendet. Wie aus den Figuren 2 und 3 ²^ ersehen ist, ist ein Rotor 2o vorgesehen, der einen Ringrand bzw. Flansch 22, eine Nabe 2k mit einer Mittelöffnung 26 für die Aufnahme einer Vertexlerantriebswelle 28 und einen Zwischensteg 3° hat, der den Flansch 22 und die Nabe 2k verbindet. Eine Vielzahl von im gleichen Winkel beabstandeten geraden Drähten Io ist in sich axial erstreckenden, teilweise kreisförmigen Ausnehmungen 32 angeordnet, die"auf der Außenfläche des Flansches 22 ausgebildet"sind. Es hat sich gezeigt, daß für einen Zündverteiler der Draht vorzugsweise aus einer Legierung aus 48 % Eisen und 52 % Nickel hergestellt wird, wobei jeder Draht einen Durchmesser von etwa o,k mm (o,ol59 inch) und eine Länge von etwa l6 mm (0,625 inch) hat. Die Anzahl der Drähte ist eine ganzzahlige Funktion der Anzahl der zu zündenden Zündkerzen. So werden beispielsweise bei einer Sechzylindermaschine mit sechs Zündkerzen sechs Drähte im gleichen Winkel beabstandet am Umfang des Rotors 2o oder,mit anderen Worten, die

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Drahte im Abstand von 60 zueinander angeordnet. Bei bestimmten Anwendungen kann es erwünscht sein, weniger Drähte, beispielsweise drei, zu verwenden und den Rotor 2o entsprechend schnell zu drehen, so, daß jeder Draht zwei Zündkerzen betätigen kann. Es können auch mehr Drähte, beispielsweise zwölf, verwendet werden, wenn die Drehzahl des/Rotors reduziert werden soll.. Es ist weiterhin möglich, zur Zündung einer Vielzahl von Zündkerzen einen einzigen Draht Io zu verwenden, wobei jeweils eine andere Zündkerze bei jeder Umdrehung des Rotors 2o gezündet wird. Dies geht noch klarer aus der nachstehenden Beschreibung des gesamten Zündverteilersystems und der'Bedeutung des Drahtes für die Steuerung der Zündung der Kerzen hervor.

In nächster Nähe zur Außenfläche des Flansches 22 ist an einer Stelle, die nachstehend als Fühlstation 42 bezeichnet wird, ein Sensor oder ein Ausgabe- bzw. Auslesekopf 4o angeordnet. Die Funktion des Auslesekopfes 4o besteht darin, durch das bzw. beim Erzeugen eines Signals das Vorhandensein eines Drahtes Io an der Fühlstation 42 zu bestätigen. Der Auslesekopf 4o umfaßt einen induktiven Sensor bzw. Fühler 44 mit einer Abtastspule 46, die die Mittelbrücke 48 eines Abtastkerns 5o umgibt, der die Form eines quadratischen A hat und aus einem Weicheisenpaket bzw. aus laminiertem Weicheisen besteht. Der Kern 5o hat zusätzlich zu der Mittelbrücke 48 ein Paar paralleler Schenkel 52, 54 und eine hintere Brücke 56, wobei die freien Enden der Schenkel 52 und 54 als Abtastpole dienen und in unmittelbarer Nähe.der Außenfläche des Verteilerrotorflansches 22 angeordnet sind.

Der Auslesekopf'4o hat weiterhin ein Paar gegenüberliegend angeordneter U-förmiger Permanentmagneten 60, 62, die vorzugsweise im wesentlichen identisch sind und im wesentlichen gleiche magnetische Charakteristika haben. Die Permanentmagneten 60 und 62 sind auf gegenüberliegenden Seiten des induktiven Sensors 44 angebracht und stehen in Eingriff mit dem

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Abtastkern 5o. Die beiden Permantenmagneten 60, 62 sind in entgegengesetzter magnetischer Beziehung angeordnet, so daß jeder Pol eines jeden Magneten dein entgegengesetzten Pol des anderen Magneten, wie aus Fig. k zu ersehen ist* gegenüberliegt Die gegenüberliegenden Permanentmagneten 60, 62 sind in entgegengesetzten seitlichen Richtungen .bezüglich einer Ebene 6^t seitlich versetzt, die sich durch den Abtastkern 5° erstreckt. Dies wird dadurch erreicht, daß die gleichen inneren Pole, beispielsweise die Nordpole, des Permanentmagneten 60, 62 an den Seiten der Schenkel 52, yk des Abtastkerns 5o angreifen. Der Auslesekopf ko ist so angebracht, daß die Ebene 64, die sich durch die Mittellinie des Abtastkerns erstreckt, zur Achse des Rotors Io geneigt ist, beispielsweise um etwa 12 , wie dies in Fig. k gezeigt ist. Da jedoch die Permanentmagneten seitlich bezüglich des Abtastkerns 5o versetzt sind, ist das permanente Magnetfeld zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagneten 60, 62 im wesentlichen parallel zur Achse des Rotors 2o und zu den magnetischen Drähten Io an der Fühlstation h2. Da weiterhin die Polarität der Felder auf gegenüberliegenden Seiten des Abtastkerns 5o in der Größe gleich und in der Polarität entgegengesetzt ist, stellt sich in der Mitte zwischen den Permanentmagneten ein magnetisches Null-Feld ein. Zur Steuerung des Magnetfeldes, welches den Auslesekopf 4o umgibt, hat es sich als nützlich erwiesen, wenn ein dünner, U-förmiger Weicheisen-Magnetschild 66 eingesetzt wird, der um die Rückseite und teilweise um die Seiten des induktiven Sensors angeordnet wird., wobei die Seiten des Schildes 66 sich insgesamt parallel zur Achse der magnetischen"Drähte Io erstrecken.

Geht man davon aus, daß sich der Rotor 2o im Uhrzeigersinn, wie in Fig. 2 gezeigt, dreht, so gehen die magnetischen Drähte von links nach rechts an dem Auslesekopf ko vorbei, was aus Fig. k zu sehen ist. Jedesmal wenn sich ein Draht der Fühlstation k2 nähert, wird seine Hülle 12 dem "vorderen"

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Permanentmagnetfeld 67 des Auslesekopfes 4o ausgesetzt, dessen magnetische Orientierung entgegengesetzt zu der der Drahthülle 12 eingestellt ist. Bei dem in Pig. k gezeigten Beispiel hat die Drahthülle 12 ihren Südpol an dem oberen Ende und den Nordpol an dem unteren Ende, vas entgegengesetzt zu der Orientierung des linksseitigen der Permanentmagneten 6o,,62 ist. Ehe der Draht Io den Einflußbereich des vorderen Permanentmagnetfeldes 67 erreicht, hat der Drahtkern 14 seinen Nordpol am oberen und seinen Südpol am unteren Ende infolge der Induktion dieser Orientierung durch, die beherrschende Wirkung der Hülle 12. Wenn der Draht lo" sich in dem vorderen Permanentmagnetfeld 67 befindet, fängt der linke der Permanentmagneten 60, 62 den Kern 14 von der Hülle 12 ein und kehrt seine magnetische Ausrichtung um, so daß das obere Ende des Drahtkerns der Südpol und das untere Ende der Nordpol wird. Wenn jedoch der Draht durch das vordere Magnetfeld 67 geht, nähert er sich der Null-Lage, wo das Magnetfeld infolge des Permanentmagnetfeldes null ist. Wenn das Magnetfeld der Permanentmagneten 60, 62 unter eine bestimmte Höhe abfällt, was von der Stärke der Hülle 12 abhängt, fängt die Hülle den Kern 14 wieder ein und kehrt das Magnetfeld des Kerns wieder um. Die sich dadurch ergebende Nukleation bzw. Kernbildung, die die Kernumkehr hervorruft, erzeugt eine abrupte Änderung des Magnetfelds, dem die induktive Sensorspule 46 ausgesetzt ist, wodurch ein starker elektrischer Impuls in dem induktiven Sensor 4Λ induziert wird. Infolge der Neigung des Ausleseloopfes ko befindet sich das eine Ende des Drahtes Io , hier das obere Ende, vor dem anderen Ende im Bereich des reduzierten Magnetfeldes der Permanentmagneten oder in der Null-Lage, wodurch gewährleistet ist, daß die . Fortschrittsrichtung der Bloch-Wand immer die gleiche ist ebenso, wie die induzierte Impulspolarität.

Wenn der Draht durch die Null-Lage k2 hindurchgeht, tritt er in das "hintere" Feld 68 der Permanentmagneten 60, 62 ein,

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dessen Orientierung mit der der Drahthülle 12 zusammenfällt, so daß eine Wirkung auf den Kern l4 nicht erfolgt.

In dem in Fig. 5 gezeigten Schaltbild sind schematisch das Zümdverteilersystem loo und der zugeordnete Schaltkreis gezeigt. Das System loo kann in drei Grundsegmente unterteilt werden, nämlich die Primärschaltung lol, die Triggereinrichtung Io2 und die Sekundärschaltung I03. Die Primärschaltung lol hat eine Niederspannungsbatterie Io4 in der Größenordnung von 6 oder 12 V, die in Reihe zu einem Zündschalter 1Ό5 und

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einer Primärwicklung I06 einer Zündspule loß geschaltet ist, wie dies auch bei herkömmlichen Zündsystemen der Fall ist» Die Primärschaltung lol hat weiterhin ein normalerweise offenes elektronisches Ventil Ho, beispielsweise einen halbleitergesteuerten Gleichrichter (SCR), der in Reihe zu der Batterie Io4 und der Primärwicklung I06 geschaltet ist.

Die Triggereinrichtung umfaßt den Rotor 2o und den Auslesekopf 4o, der vorstehend beschrieben wurde, die in Wirkungsverbindung mit dem Steuerelement oder der Basis 112 des elektronischen Ventils Ho vorzugsweise über einen Verstärker 114 stehen. Das normalerweise offene elektronische Ventil Ho verhindert, daß ein Strom durch die Primärwicklung I06 fließt, bis ein vorher festgelegtes Ereignis eintritt. Ein solches Ereignis tritt ein, wenn ein Draht Io an dem Rotor 2o sich, nachdem er die Fühlstation 42 erreicht hat und die Richtung der Magnetisierung des Kerns 14 eingefangen und durch das vordere permanente Magnetfeld 67 des Auslesekopfes 4o umgekehrt hat, der Nulllage nähert, wo die Hülle 12 den Kern wieder einfängt und seine Magnetisierungsrichtung bzw. Polarität abrupt umkehrt. Die von der Hülle 12 verursachte Umkehr bzw. Ummagnetisierung ändert das Magnetfeld abrupt, dem der induktive Sensor 44 des Auslesekopfes 4o ausgesetzt ist, wodurch ein starker elektrischer Stromimpuls in dem induktiven Sensor 46 induziert wird.

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Dieser Impuls wird durch den Verstärker llA auf ein Niveau verstärkt, das wenigstens hoch genug ist, um das elektronische Ventil Ho zu triggern, wodurch das Ventil geschlossen wird und der Strom durch die Primärwicklung I06 der Zündspule fließen kann. In manchen Fällen kann der induzierte Impuls stark genug sein, um das elektronisphe Ventil direkt zu triggern, so daß der Verstärker Il4 entfallen kann.

Die Erhöhung des Stroms durch die Primärwicklung I06 erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld und induziert einen Strom in der Sekundärschaltung Io3, indem eiri*Strom in der Sekundärwicklung Il8 der Zündspule I08 induziert wird. Da die Spannung der Batterie etwa 6 oder 12 V beträgt und zehntausende von Volt für das Zünden der Kerze 116 erforderlich sind, wirkt die Zündspule hochtransformierend. Die Sekundärwicklung ist elektrisch über eine Hochspannungsleitung 12o mit einem umlaufenden Kontaktarm oder Verteilerrotor 122 verbunden, der drehbar angrenzend an eine Verteilerscheibe 124 angebracht ist. Eine Vielzahl von Kontakten 126, beispielsweise eine Wolframelektrode für jede Zündkerze II6 oder Jeden Zylinder der Maschine, ist am Umfang der Scheibe 124 angebracht, so daß, wenn sich der Verteilerrotor 126 dreht, er nacheinander die Kontakte 126 berührt, wodurch ein Weg für den Strom von der Sekundärspule II8 zu den Zündkerzen Ho über die Leiter 128 geschaffen ist.

Vorstehend ist gesagt,-daß der Triggerimpuls durch die abrupte Änderung des Magnetflusses an der Fühlstation erzeugt wird, die von der Drahthülle 12 hervorgerufen wird, welche die Polarität des Drahtkerns umkehrt. Es ist selbstverständlich, daß der Magnetfluß abrupt geändert' wird, wenn die Polarität des Kerns durch das vordere permanente Magnetfeld 67 umgekehrt wird. Die von dem vorderen Magnetfeld 67 hervorgerufene Flußänderung ist bedeutend kleiner als die von der Hülle hervorgerufene Änderung. Die Anordnung der Spitze des

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vorderen Feldes 67 befindet sich in einem Abstand von der Abtastspule 46, so daß die Flußänderung aus der Umkehr der Polarität des Drahtkernes, wenn dieser von den Magneten 60, 62 eingefangen wird, einen Impuls in der Abtastspule Ί6 erzeugt, der geringer ist als der vorher festgelegte Wert, so daß das elektronische Ventil llo nich,t geschlossen wird. Die Spitze des vorderen Feldes 67 muß jedoch nahe genug an der Spule liegen, so daß das Wiedereinfangen des Drahtkernes 14 durch die Hülle, wenn der Draht an der vorderen Feldspitze vorbeigeht, nahe genug an der Abtastspule erfolgt, um das Triggersignal für das elektronische Ventil zu erzeugen.

Da es wesentlich ist, daß die Zündkerzen oder andere Vorrichtungen für das Einleiten der Verbrennung durch Zündung genau im richtigen Moment zünden, ist es wichtig, daß ein starker Stromstoß durch die Primärwicklung I06 geht, wenn das elektronische Ventil llo getriggert ist. Um die Ansprechzeit der Primärwicklung I06 zu verbessern, ist parallel zur Primärwicklung I06 ein Kondensator I30 geschaltet. Der Kondensator wird von der Batterie Io4 geladen. Wenn das elektronische Ventil llo betätigt wird, entlädt sich die Kapazität I30 über die Primärwicklung I06, so daß ein zusätzlicher Strom zur Verfugung steht, um das Magnetfeld der Primärwicklung schneller anwachsen zu lassen. Der Verteilerrotor 122 richtet die Hochspannung zu jeder Zündkerze in der richtigen Zündfolge, wobei jeder Kontakt 126 einer speziellen Zündkerze und einem speziellen Draht Io an dem primären Rotor 2o entspricht. Gewünschtenfalls und um weiterhin zu gewährleisten, daß die Verbrennung in dem Zylinder zur gewünschten Zeit einsetzt, können ein oder mehrere "Zusatz- bzw. Sicherheits-" Drähte zusätzlich hinter jedem primären Draht Io vorgesehen werden, so daß, wenn der von dem ersten Draht erzeugte Funke das Gemisch in dem Zylinder nicht ausreichend zündet, die darauffolgenden Funken, die von den angrenzenden zusätzlichen Drähten erzeugt werden, eine völlige Zündung gewährleisten.

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Fig. 6 zeigt die Anordnung des Zündverteilersystems loo in einer Weise, die das Ersetzen der herkömmlichen Zündsysteme erleichtert. Der Rotor 2o sitzt auf einer Verteilerwelle 28, die über ein herkömmliches Ritzel 1 und eine Schneckenradanordnung I38 von einer Nockenwelle l4o des Motors angetrieben wird. Der Verteilerrotor 122 sitzt auch auf der Verteilerwelle 28, so daß er sich in Verbindung mit dem Rotor 2o dreht. Die Verteilerscheibe 124 sitzt fest an dem Verteilergehäuse 142 und kann den Deckel des Gehäuses bilden. Die Eontakte 126 sind im gleichen Winkel beabstandet am Umfang der Scheibe 124 angeordnet. Bei dieser speziellen Anordnung ist die Zündsteuerung eine Funktion der Nockenwellendrehzahl oder mit anderen Worten der Motordrehzahl.

Ein solches System eignet sich auch für die Steuerung der zeitlichen Impulserzeugung und der Kerzenzündung abhängig vom Vorhandensein von einem oder mehreren vorher festgelegten Zuständen. So kann beispielsweise anstelle der direkten Verbindung der Verteilerwelle 2o mit der Nockenwelle l4o eine nicht gezeigte elektromagnetische Kupplung verwendet werden, die von einein oder mehreren Signalen für Zustände, wie die Temperatur, der Leitungsdruck, die Maschinendrehzahl usw., gesteuert werden. Die Drehzahl und die Phase der Rotordrehung kann durch die Kupplung als Funktion dieser Ztistände variiert werden.

Obwohl bei der vorstellend beschriebenen Triggereinrichtung die Drähte"Io an einem Rotor angebracht sind, können die in dem Induktionssensor 44 induzierten Impulse auch dadurch erhellten werden, daß eine realtive Hin- und Herbewegung zwischen den Drähten Io und dem induktiven Sensor 46 hervorgerufen wird, beispielsweise dadurch, daß die Drähte an einem nicht gezeigten Schwingteil iingebracht werden.

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Man sieht, daß anstelle der konstant einer Stoßbeanspruchung ausgesetzten Zündverteilerkontakte des herkömmlichen Zündverteilers erfindungsgemäß ein spezielles, kontaktfreies System geschaffen wird mit nur einem rotierenden Teil 2o mit einer Vielzahl von speziell hergestellten Drähten Io und einem Pestkörperauslesekopf, der hauptsächlich eine Spule 46 und ein Paar'von Permanentmagneten 6o und 62 hat. Es wird ein scharf begrenzter Impuls von im wesentlichen konstanter Größe jedesmal dann erzeugt, wenn ein Draht Io durch die Fühlstation %2 geht, wodurch ein genaues zeitliches Steuern des Zündens der Kerzen unabhängig von der Motordrehzahl erreicht wird«

Zusätzlich dazu, daß die Kosten niedrig, die Herstellung einfach und insbesondere eine Wartung nicht erforderlich ist, verbessert das erfindungsgemäße System die Genauigkeit der Zeitsteuerung, da es nicht von Federkonstanten abhängig ist und keinem Kontaktverschleiß durch Lichtbogen- oder Korrosionseinwirkung ausgesetzt ist. Die Zündanordnung ist nicht empfindlich gegenüber der Maschinendrehzahl und ermöglicht eine genaue Zeitsteuerung unabhängig von dieser Drehzahl.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Zündanordnung, gekennzeichnet durch einen Primärschaltkreis (lol), einen Sekundärschaltkreis (I03) und eine Triggereinrichtung (lo2), wobei

   a) die Sekundärschaltung (I03) eine Sekundärwicklung (II8), einen Verteiler (1Λ2), der elektrisch auf die Sekundärwicklung (118) anspricht, und eine Vielzahl von Kontakten (126) hat, von denen jeder elektrisch mit einer Zündvorrichtnng (II6) zur Einleitung einer Verbrennung verbindbar ist, wobei der Verteiler eine Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und den Kontakten ausführen kann, um nacheinander die elektrische Verbindung zvlschen der Sekundärwicklung und den Kontakten herzustellen,

   b) der Primärschaltkreis (lol) in einer Reihenanordnung eine elektrische Energiequelle (lo4) eine Primärwicklung (I06) und ein elektronisches Ventil (llo) hat, wobei die Primärwicklung (I06) in induktiver Beziehung zu der Sekundärwicklung (II8) steht, und

   c) die Triggereinrichtung (lo2) folgende Elemente umfaßt:

   I) Wenigstens einen Draht mit einer Hülle (12) und eirtem Kern (l4), der auf ein erstes Niveau in einer ersten Axialrichtung magnetisierbar ist, wenn er einem ersten Magnetfeld ausgesetzt wird, dessen Stärke größer ist als die des ersten Niveaus, wobei die Richtung der Magnetisierung von entweder der Hülle (12) oder dem Kern (lk) bei der Entfernung des ersten Magnetfeldes umgekehrt wird, die Magnetisierungsrichtung von der Hülle oder dem Kern in die erste Richtung zurückgeführt wird, wenn der Draht (lo)

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   einem zweiten Magnetfeld ausgesetzt wird, welches die gleiche Richtung wie das erste Magnetfeld hat, und wenn dessen Stärke größer ist als die des ersten Niveaus

   II) magnetische Einrichtungen zur Erzeugung des zweiten Magnetfeldes

   III) Steuereinrichtungen, um den Draht (lo) den zweiten Magnetfeld ansprechend auf vorher festgelegte Kriterien zu unterwerfen, und

   IV) Einrichtungen zum Fühlen (42) einer Änderung des Magnetflusses angrenzend an den Draht (lo), wobei

   d) das elektronische Ventil (ilo) auf die Fühleinrichtung (42) anspricht und einen elektrischen Strom von der elektrischen Energiequelle (loh) durch die Primärwicklung (lo6) fließen läßt, wenn die Flußänderung eintritt, so daß in der Sekundärwicklung (llii) ein Strom für die Zuführung von elektrischer Energie zu den Kontakten induziert wird.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (42) eine Spule aus einem leitenden Draht hat, die unmittelbar angrenzend an die Einrichtung angeordnet ist, mit der der Draht (lo) dej: zweiten Magnetfeld unterworfen wird.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Sinr ich tunjr zur Erzeugung des zweiten Magnetfeldes ein Periiianentmagiiut (6o, 62) ist.

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   k. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (60, 62) und der Draht (lo) für eine Relativbewegung zueinander angeordnet sind.

   5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die-Relativbewegung von Draht und Permanentmagnet von der Steuereinrichtung steuerbar ist.

   6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht auf einem Rotor (2o) sitzt, der für eine Drehbewegung angrenzend an die Fühleinrichtung (42) und den Permanentmagneten (60, 62) vorgesehen ist»

   7· Anordmmg nach einem der· vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verteilerwelle (IiS), die antriebsmäßig mit einer Nockenwelle des Motors verbunden ist, wobei der Rotor mit dieser Welle in Antriebsverbindung steht.

   8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler für die Drehbewegung relativ zu den Kontakten vorgesehen, ist und die Rqtation des .Verteilers in direkter Beziehung zur Rotation des Rotors steht.

   9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadxirch gekennzeichnet» daß die Anzahl der Kontakte (12b) und der Drähte (lo) gleich der Anzahl der zu zündenden Zündeinrichtungen zur Einleitung der Verbrennung ist und daß jeder Draht (lo) einem speziellen Kont akt ent spricht»

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   10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Kontakte (126) und Drähte (lo) gleich der Anzahl dir zu zündenden Zündeinrichtungen für das Einleiten a%r Verbrennung ist und daß der Verteiler antriebsmäßig mit <l<r Verteilerwelle (28) verbunden ist/·

   11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine parallel zur Primärspule (I06) geschaltete Kapazität (130),.

   12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche« dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (ko, kl) ein Signal erzeugt, welches das Auftreten der Flußänderung anzeigt, wobei das elektronische Ventil (lib) auf das Signal der Fühleinrichtung anspricht.

   13* Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 gekennzeichnet durch einen Verstärker (11%) zum Verstärken des Signals von der Fühleinrichtung und dadurch, daß das elektronische Ventil (Ho) ein Steuerelement hat, wobei das verstärkte Signal zu dem Steuerelement derart geführt wird, daß bei Empfang des verstärkten Signale

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   das elektronische Ventil (Ho) geschlossen wird.

   l4. Anordnung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Ventil (Ho) ein halbleitergesteuerier Gleichrichter ist.

   15« Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Satz von Drähten (lo) für jede zu zündende Zündvorrichtung zum Einleiten der Verbrennung, wobei jeder Satz von Drähten (lo) eine Vielzahl von Signalen erzeugt, die gleich der Anzahl der Drähte des Satzes ist, und wobei die Vielzahl von

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   Signalen erzeugt wird, während der Verteiler in Kontakt mit dem Kontakt ist, der dem die Signale erzeugenden Drahtsatz entspricht,

   l6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die,Anzahl der Drähte ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Zündvorrichtungen zur Einleitung der Verbrennung ist, die gezündet werden sollen, wobei jeder Draht aus einer Legierung von 48 % Eisen und 52 % Nickel besteht.

   17· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Draht (lo) einen Durchmesser von etwa o,4 mm (o,ol59 inch) und eine Länge von etwa l6 mm (0,625' inch) hat.

   l8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der festgelegten Kriterien die Drehzahl einer Maschine ist, an der die Zündvorrichtungen zum Einleiten der Verbrennung angebracht «Ind.

   19· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

   a) eine Sekundärechaltung (Io3) mit einer Sekundärwicklung (118)~in,Reihe mit einem elektrisch leitenden Verteilerrotor (2o), einer Vielzahl von festen Kontakten (126), die im gleichen Winkelabstand um eine Scheibe (124) herum angeordnet sind, wobei jeder Kontakt (126) einer Zündkerze (Ho) entspricht und damit elektrisch verbindbar ist und der Verteilerrotor für eine Drehbewegung relativ zu den Kontakten und zu der aufeinanderfolgenden Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der Sekundärwicklung und den Kontakten angeordnet ist,

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   b) durch eine Primärschaltung (lol) mit einer Reihenanordnung einer Batterie (Io4), einer Primärwicklung (lo6) und eines elektronischen Ventils (Ho)₁ welches ein Steuerelement hat, wobei die Primärwicklung (lo6) in induktiver Beziehung zur Sekundärwicklung (ll8) steht, ' ""'

   c) durch eine Triggereinrichtung (Io2) mit

   I) einem Haupt rotor mit tuner Vielzahl von Drähten darauf, wobei der Hauptrotor und der Verteilerrotor von der Maschine angetrieben werden, die Anzahl der Drähte ein ganzxahliges Vielfaches der Anzahl der festen Kontakte ist, jeder Draht eine Hülle (12) und einen Kern (Ik) hat und auf ein erstes Niveau in einer ersten Axialrichtung magnetisierbar ist, wenn er einem ersten Magnetfeld ausgesetzt ist, das eine Stärke hat, die größer ist als die des ersten Niveaus, die Magnetisierungsrichtung dos Kerns (Ik) bei Entfernen des ersten Magnetfeldes umgekehrt wird, die Magnetisierungsrichtung des Kerns (tk) in die erste Richtung zurückgeführt wird, wenn der Draht (lo) einem zweiten Magnetfeld ausgesetzt ist, welches die gleiche Richtung wie das erste Magnetfeld hat und dessen Größe stärker ist als die des ersten Niveaus

   II) einem Permanentmagnet, der angrenzend an den primären bzw. Hauptrotor zum Erzeugen des zweiten Magnetfeldes angeordnet ist, um das Rückführen der Magnetisierungsrichtung des Kerns (lk) in die erste Richtung zu bewirken, wenn der Draht neben dem Permanentmagnet liegt, wobei die Richtung der Magnetisierung des Kerns umgekehrt wird, wenn der Draht das zweite Magnetfeld verläßt

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   III) einer Fühleinrichtung (42), die eine Spule eines leitenden Drahtes unmittelbar angrenzend an den Permanentmagneten hat, um eine Änderung des Magnetflusses zu fühlen, wobei die Fühleinrichtung ein Signal erzeugt, "welches das Auftreten der Flußänderung anzeigt, und das Signal zu dem Steuer-■ element des elektronischen Ventils geführt wird, wobei

   d) das elektronische Ventil (llo) auf das Signal derart anspricht, daß es bei Empfang des Signals schließt, so daß die Batterie (lo'i) die Primärwicklung unter Spannung setzen kann, wodurch in der Sekundärwicklung ein Strom induziert wird und elektrische Energie durch den Verteilerrotor zu dem Kontakt geführt wird, der dem Draht entspricht, welcher das Signal bewirkt hat.

   2o. Anordnung nach Anspruch 191 dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung ein Signal erzeugt, auf das das elektronische Ventil nur bei Auftreten der Flußänderung anspricht, die von dem Draht verursacht wird, der das «weite Magnetfeld verläßt.

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