DE2258363B2

DE2258363B2 - Schwungradmagnetzuender fuer ein thyristorgesteuertes kapazitives zuendsystem

Info

Publication number: DE2258363B2
Application number: DE19722258363
Authority: DE
Inventors: Hans Thorsten Henrik Aamaal Carlsson (Schweden)
Original assignee: Aktiebolaget Svenska Elektromagneter, Aamaal (Schweden)
Priority date: 1971-12-03
Filing date: 1972-11-24
Publication date: 1977-04-28
Also published as: DE2258363C3; DE2258363A1; PL79735B1; ES409096A1; IT973802B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Schwungradmagnetzünder für ein thyristorgesteuertes kapazitives Zündsystem mit einem dreischenkligen Magnetjoch, dessen Mittelschenkel die Ladewicklung des Zündsystems trägt und ortsfest auf einer konzentrisch im Innern des zwei Permanentmagnete mit Polschuhen tragenden Schwungrades auf einer Ankerplatte befestigt ist, wobei die Triggerspule gegenüber der Ladewicklung in Drehrichtung des Schwungrades versetzt angeordnet ist.

Bei einer bekannten Bauart von SchwungradmagnettUndern ist ein dreischenkliges Magnetjoch ortsfest so *uf einer konzentrisch im Inneren eines Schwungrades •ngeordneten Ankerplatte befestigt, daß zwei an der Innenseite des Schwungrades angebrachte mit Polschufcen versehene Permamentmagnele bei jeder Umdreiung des Schwungrades in einer durch den Mitteischenkel des Magnetjoches getragenen Ladewicklung eine einen Kondensator aufladende Spannung induzieren, fo wonach der Kondensator sich zu einem genau festgesetzten Zeitpunkt über die Primärwicklung einer Zündspule entlädt, demzufolge in deren Sekundärwicklung eine für die Auslösung eines Zündfunkens notwendige Hochspannung induziert wird.

Der Kondensator ist normalerweise zusammen mit den verbleibenden, nicht umlaufenden Bestandteilen des Magnetzünders an einer Ankerplatte aufgebaut, wäh-

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rend die Zündspule außerhalb des Magnetzünders und möglichst eng benachbart zu der Zündkerze eines Verbrennungsmotors vorliegt, um so Energieverluste aufgrund übermäßiger Kabellängen zu vermeiden.

Die in dem Kondensator bei jeder Umdrehung des Schwungrades gespeicherte Energie wird auf die Primärwickung der Zündspule durch eine Steueranordnung übertragen, die zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt, d. h. sobald die Zündung eintreten soll, einen Schaltkreis zwischen dem Kondensator und der Primärwicklung schließt Die Steueranordnung kann ein herkömmlicher mechanischer Schalter sein, normalerweise besteht dieselbe jedoch aus einer Triggerspule, die mit einer Ladespule und einem Thyristor in Verbindung steht, der während einer Zündfolge den Stromkreis zwischen dem Kondensator und der Primärwicklung der Zündspule schließt

Das Aufladen des Kondensators und das Triggern oder Auslösen des Thyristors muß sehr genau eingestellt werden, um optimale Zündwirkungen über den gesamten Bereich der Drehgeschwindigkeit zu erhalten, d. h. von Start bei Leerlaufgeschwindigkeiten von 400 U/ min bis zu maximalen Arbeitsgeschwindigkeiten von 13 000 U/min. Der Kondensator sollte eine volle Ladung der Ladungsspule bei jeder getrennten Umdrehung erhalten und nur dann vermittels der Primärwicklung der Zündspule entladen werden. Bei dieser Aufeinanderfolge von Vorgängen sollte keine merkliche noch irgendwelche Verteilungsverschiebung zwischen dem Entladen und Aufladen auftreten, und insbesondere ist es von Wichtigkeit, daß eine Trigger- oder Auslösesequenz nicht die Aufladefolge des Kondensators in einer Weise nachteilig beeinflußt, daß das Aufladen unvollständig ist

Das dreischenklige Magnetjoch weist dabei einen Kern aus geschichteten Dynamoblechen auf, uer mit drei im gleichen Ab stand angeordneten Polschenkeln versehen ist Dazu ist das Schwungrad mit einem Polsystem versehen, das zwei Permanentmagnete aufweist, deren Größe und Lage so gewählt sind, daß die Entfernung zwischen deren Mittellinien mit dem Abstand von jeweils zwei Polen des Magnetjochs zusammenfällt (GB-PS 12 09 691). Eine ähnliche bekannte Bauart sieht ein Polsystem im Schwungrad vor, das durch einen einzigen Permanentmagneten mit zwei in Drehrichtung hintereinanderliegenden Polen gebildet ist (US-PS 34 90 426).

Beiden vorgenannten Bauarten gemeinsam ist der durch eine am Mittelschenkel des dreischenkligen Magnetjoches angeordnete Ladewicklung erzeugte positive und anschließend negative Spannungsimpuls relativ hoher Spannung von etwa 400 V, die jeweils beim Vorbeigang des Magnetsystems erzeugt werden. Die negativen Impulse werden durch eine erste Diode gesperrt, während üblicherweise eine zweite Diode parallel zur Ladewicklung geschaltet ist zwecks Ausschaltens übermäßiger Sperrspannungen an der ersten Diode.

Weiter ist bei beiden Bauarten eine getrennte Befestigung einer vom Magnetjoch unabhängigen Triggerspule auf der Ankerplatte vorgesehen, wobei die Triggerspule vom Magnetsystem des Schwungrades in Drehrichtung nach dem Magnetjoch nach einer Drehung von etwa 90° oder mehr erreicht wird. Hiermit soll sichergestellt werden, daß genügend Zeit für die Aufladung des Kondensators durch die Ladewicklung bis zur Zündauslösung durch den Triggerimpuls zur Verfügung steht.

Die separate Anordnung der Triggerspule hat neben baulichen Nachteilen insbesondere den Nachteil, daß die Triggerspule, insbesondere dann, wenn der Schwungradmagnetzünder in seinen Abmessungen klein gehalten werden soll, im Bereich starker Magnetfeldänderungen liegt so daß die Triggerspule nur noch unzuverlässig arbeitet und damit kein geeignetes Triggersignal zum erforderlichen Zeitpunkt, bzw. besonders bei hohen Drehzahlen zum unerwünschten Zeitpunkt abgibt Dies erklärt sich durch die räumliche Enge in einem kleinen Schwungrad, bei dem die Triggerspule und das Magnetjoch eine bestimmte endliche Größe beibehalten müsse, wobei in Abhängigkeit von der Drehzahl die Geschwindigkeit auch unerwünschter Magnetfeldänderungen und damit die Induktion in der Triggerspule zunimmt Ein weiterer Nachteil entsteht bei den genannten Bauarten durch die Verbreiterung des Triggerimpulses bei hohen Drehzahlen. Dies kann dazu führen, daß die Triggerspannung durch die Triggerspute noch aufrechterhalten werden kann, wenn bereits eine Ladespannung an der Ladewicklung des Magnetjoches induziert wird. Im ungünstigsten Falle bleibt der Thyristor bei bereits hinreichend großer Ladespannung weiterhin durchgeschaltet, wodurch jegliche Aufladung des Kondensators verhindert wird. Damit fällt die Zündspannung bei hohen Drehzahlen völlig aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwungradmagnetzünder der obengenannten Art zu schaffen, der bei kleinen Abmessungen und hohen Drehzahlen ein zuverlässiges Triggersignal zur Auslösung des Zündimpulses gibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Triggerspule an dem in Drehrichtung des Schwungrades dem Mittelschenkel folgenden Außenschenkel des Magnetjoches angeordnet ist. 3$

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schwungradmagnetzünder läßt sich mit geringen Abmessungen herstellen und eignet sich besonders für hohe Motordrehzahlen. Die Triggerspule wird mit dem Magnetjoch als kostensparende kompakte Einheit zusammen auf der Ankerplatte montiert, wodurch eine weitere Befestigungsvorrichtung auf der Ankerplatte für die Triggerspule entfällt und sich die Montage erheblich vereinfacht.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Schwungradmagnetzünders liegt in der Ausbildung der von der Triggerspule erzeugten Impulse. Die Triggerspule liegt einerseits nicht im Bereich magnetischer Turbulenzfelder und wird andererseits infolge des Magnetjoches zum gewünschten Zündzeitpunkt mit einem starken magnetischen Kraftfluß beaufschlagt. Dadurch werden Triggerimpulse induziert, die bei niedrigen und hohen Drehzahlen annähernd die gleiche Breite aufweisen. Ein die Funktion des Zündsystems beeinträchtigendes zeitliches Überschneiden des Ladeimpulses mit dem Triggerimpuls wird dadurch selbst bei hohen Drehzahlen noch vermieden. Damit eignet sich der erfindungsgemäße Schwungradmagnetzünder <>o für Drehzahlen von 9000 bis 14 000 U/min, wohingegen die bekannten Schwungradmagnetzünder sich nur bei Drehzahlen unter 9000 U/min zuverlässig einsetzen lassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den < >5 Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fie. 1 eine Ouersohnittsansicht eines erfindungsgemäßen Schwungrad-Magnetzünders,

Fig. 2 eine querseitige Ansicht längs der Linie 11—II nach F i g. 1 und erläutert das Polsystem aus zwei Permanentmagneten des Schwungrades,

F i g. 3 eine bezüglich der F i g. 2 ähnliche Ansicht und erläutert das Polsystem der Permanentmagneten des Schwungrades in einer zweiten Lage relativ zu den Spulenkern,

F i g. 4 ein Schaltdiagramm für das Zündsystem, das mit dem Schwungrad-Magnetzünder nach den F i g. 1 und 2 zusammenarbeitet,

F i g. 5 eine graphische Darstellung und erläutert die Kurve der Ladespannung, die auf den Kondensator gemäß dem Diagramm nach F i g. 4 beaufschlagt wird.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 ist dort ein erfindungsgemäßer Schwungradmagnetzünder gezeigt. Dieser Schwungradmagnetzünder 1 weist ein Schwungrad 2 und eine Ankerplatte 3 auf, die ortsfest konzentrisch im inneren des Schwungrades 2 angeordnet ist. Das Schwungrad 2 ist vermittels eines kegelförmigen Verbindungsstückes 4 mit einer Keilnut 5 drehfest, jedoch lösbar an einer Welle 6 eines Verbrennungsmotors — nicht gezeigt — angeordnet. Die Ankerplatte 3 ist an einer Führungsschulter 7 befestigt, die sich an einer Wand 8 des Kurbelgehäuses vermittels Bolzen 9 mit Unterlegscheiben 10 angeordnet befindet.

Wie anhand der F i g. 2 gezeigt, sind längliche sich radial erstreckende Schraubenlöcher 11 in der Ankerplatte 3 angeordnet, die es ermöglichen, die Ankerplatte in unterschiedliche Winkellagen zu drehen, wodurch eine genaue Einstellung der Zündzeit ermöglicht wird. Das Schwungrad 2 wird an der Welle 6 vermittels einer Mutter 12 gehalten, unter der sich eine Unterlegscheibe 13 befindet (F ig. 1).

An der Ankerplatte 3 ist ein einem Abstandshalter 14 (Fig. 1) vermittels Schrauben 15 ein Spulenkern 16 befestigt, der drei Polschenkel 17, 18 und 19 (Fig.2) besitzt. Der Mittelschenkel 18 ist mit einer Ladespule 21 versehen, die auf einem Spulenkörper 20 aufgewickelt ist und der Polschenkel 17 ist mit einer Triggerspule 23 versehen, die auf einen Spulenkörper 22 aufgewickelt ist. Die Drehrichtung des Schwungrades 2 wird durch den Pfeil P₁ wiedergegeben. Wie in der F i g. 2 gezeigt, ist dementsprechend die Triggerspule 23 an dem letzten Polschenkel 17 des Spulenkerns 16 angeordnet.

Das Schwungrad 2 ist mit zwei Permanentmagneten 24 und 25 versehen, die Polschuhe 26 bzw. 27 aus Weicheisenblech aufweisen. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Schwungrad 2 aus Weicheisen und ist somit magnetisch leitend. Die Permanentmagnete 24 und 25 sind radial magnetisiert. In der durch das Bezugszeichen 28 wiedergegebene Lage, d. h. der Lage diametral gegenüberliegend zu dem Permanentmagneten 24, 25 ist beispielsweise die Dicke des Schwungrades vergrößert, um so ein Gegengewicht für das Gewicht der Magnete zu bilden.

Sobald die Permanentmagnete mit den Polschuhen den Spulenkern 16 umlaufen, ergibt sich eine Änderung des magnetischen Flusses, wie durch die Pfeile P2 (F i g. 2) und P₁ (F i g. 3) wiedergegeben ist. Bei der Lage gemäß F i g. 2, bei der die Permanentmagente 24 und 25 den Polschenkeln 18 und 19 gegenüberliegen, wird der größte magnetische Fluß durch diese Polschenkel fließen, wie anhand der Pfeile P₂ wiedergegeben ist. Sobald das Schwungrad 2 sich in Lage bewegt, wie sie in der Fig..} gezeigt ist, befinden sich die Permanentmagnete 24 und 25 gegenüber den Polschenkeln 17 und 18,

wodurch ein entsprechender magnetischer Fluß durch diese Polschenkel fließt, wie anhand der Pfeile Pj wiedergegeben ist. Wie durch die Pfeile Pr und P3 gezeigt ist, sind die magnetischen Flüsse im Polschenkel 18 entgegengesetzt gerichtet, und dies bedeutet, daß von der ersten Lage gemäß F i g. 2 in die zweite Lage gemäß Fig.3 eine große Flußänderung eintritt. Während dieser Zeitspanne wird eine Ladespannung in der Ladespule 21 erzeugt, die durch die Kurve L in der graphischen Darstellung nach Fig.5 wiedergegeben und wie weiter unten erläutert ist. Sobald die Permanentmagnete 24 und 25 (siehe die Lage nach der Fig.3), an den Polschenkeln 17 und 18 vorbeilaufen, wird durch die Triggerspule 23 ein Spannungsimpuls erzeugt Dieser durch die gestrichelte Kurve S in der graphischen Darstellung nach F i g. 5 wiedergegebene Impuls weist eine niedrigere Spannung als die durch die Spule 21 erzeugte Ladespannung auf.

Die Art, in der die Ladespannung L und die Triggerspannung S in dem Zündsystem arbeiten, ist durch das Schaltdiagramm nach der F i g. 4 wiedergegeben, wonach die Ladespule 21 an dem Polschenkel 18 und die Triggerspule 23 an dem Polschenkel 17 liegt Diese Darstellung zeigt einen Kondensator 29, einen Thyristor 30, eine Zündspule 31 und eine Zündkerze 32. Weiterhin weist der Kreis eine erste Diode 33 und eine zweite Diode 34 und einen Zündkreis für den Thyristor 30 auf, der einen Widerstand 35 (oder wahlweise einen Kondensator, der an das kapazitive System angepaßt ist), und eine in Serie geschaltete Diode 35' zwischen der Triggerspule 23 und dem Thyristor 30 und zwischen der Triggerspule 23 und dem Widerstand 35 auf.

Bei der graphischen Darstellung nach der F i g. 5 ist die Spannung (VJlängs der K-Achse und die Zeit (t), d. h. die Winkeldrehung des Schwungrades 2 längs der X-Achse aufgetragen. Die Zeit (t) bewegt sich in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung des Schwungrades Z d. h. in der durch den Pfeil Pi wiedergegebenen Richtung. Anhand der obengegebenen Erläuterungen des Magnetflußverhältnisses nach den Ausführungsformen der Fig.2 und 3 versteht es sich, daß die Ladespannung L, ausgehend von einem Zeitpunkt (to) siehe die F i g. 5, zunächst ein sehr niedriges negatives Spannungsmaximum Li erfährt und sodann zu dem Zeitpunkt (ti) auf den Wert Null zurückkehrt Die Ladespannung L steigt sodann auf ein hohes positives Spannungsmaximum mit dem Wert L₂ zu dem Zeitpunkt ({2) an und fällt sodann ab, so daß dieselbe zu dem Zeitpunkt (t₃) den Wert Null annimmt bevor es wieder zur Bildung eines negativen Spannungsmaximums L₃ angenähert der gleichen Größe wie des Spannungsmaximums L\ kommt Im Anschluß hieran steigt die Spannung wieder auf 0 zu dem Zeitpunkt (U) an. Die Ladespannung (Kurve L) wird durch die Diode gleichgerichtet so daß lediglich der positive ansteigende Teil des Spannungsmaximums Li auf den Kondensator 29 unter Beaufschlagen desselben übertragen wird In ähnlicher Weise wird in der Triggerspule 23 eine Spannung erzeugt, die durch die gestrichelte Kurve S wiedergegeben und zwei negative Spannungsmaxima S\ und 5₃ und ein positives Spannungsmaximum S₂ besitzt. Wie anhand der F i g. 2, 3 und 5 ersichtlich, beläuft sich der magnetische Fluß durch den Kern 16 auf Null zu dem Zeitpunkt (f2> und auf die Maximalspannung für die negativen Spannungsmaxima L\ und L₃, und die größte Flußveränderung herrscht zu den Zeiten (fi) und (t₃) vor. Der Zeitpunkt fa) ist ein gemeinsamer Punkt für die Ladekurve L und für die Triggerspannungskurve S ist, wo sich die Spannung jeweils auf Null beläuft

Der Spannungswert, bei dem der Thyristor 30 getnggcrt oder ausgelöst wird, ist in der F i g. 5 mit einer waagerechten Spannungslinie 54 gekennzeichnet die die Kurve 5 für die Triggerspannung zu einem Zeitpunkt (/3') schneidet, sobald der Thyristor 30 den Schaltkreis über den Kondensator 29 und die Primärwicklung zu der Zündspule 31 schließt, sowie einem Zeitpunkt (U') sobald die Triggerspannung unter den Spannungswert S* abfällt, so daß sich der Thyristor 30 erneut öffnet

Es ergibt sich somit daß bei Laden des Kondensators lediglich das linke schraffierte Teil der Spannungskurve L angewandt wird, und es findet sich ein Zeitintervall, das im Hinblick auf die Zeit wie sie für die Ausführung der beschriebenen Sequenzen erforderlich ist von Bedeutung ist zwischen der Zeit (fe), sobald der Kondensator voll aufgeladen ist sowie der Zeit (h), sobald der Kondensator während des Triggems des Thyristors 30 durch die Spannung 5* über die Primärwicklung an der Zündspule 31 entladen wird, so daß in der Zündkerze 32 ein Funke ausgebildet wird.

In der Praxis wurde gefunden, daß das Zeitintervall (f₃') bis (ti) ausreichend lang ist um jedwede Wechselwirkung zwischen der Sequenz für die Triggerspannung, wie in der Kurve S gezeigt und der Ladespannung, wie in der Kurve L gezeigt selbst für den Fail auszuschalten, daß die Drehgeschwindigkeit unter Arbeitsbedingungen sehr hoch ist z. B. sich die Geschwindigkeit auf 13 000 U/min beläuft

Bei bekannten Anordnungen mit maximaler Drehzahl von 9000 U/min ist es erforderlich, die Leerlaufdrehzahl auf z. B. 700 U/min festzulegen Die erfindungsgemäße Anordnung läßt nun diese Notwendigkeit einer derartigen Begrenzung bezüglich des Drehzahlbereiches in Fortfall kommen und die Leerlaufdrehzahl kann auf z. B. 400 U/min, abgesenkt werden, während gleichzeitig die maximale Drehzahl von 13 000 U/min, aufrechterhalten werden kann.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Schwungradmagnetzünder auch für mehr Zündungen pro Umdrehung auszubauen. Hierzu ist die Anzahl an Spulenker nen auf der Ankerplatte der Anzahl der angestrebter Zündfolgen anzupassen, wobei jeder Spulenkern mi¹ einer Lade- und einer Triggerspule versehen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 22

1. Schwungradmagnetzünder für ein thyristorgesteuertes kapazitives Zündsystem mit einem dreischenkligen Magnetjoch, dessen Mittelschenkel die Ladewicklung des Zündsystems trägt und ortsfest auf einer konzentrisch im Innern des zwei Permanentmagnete mit Polschuhcn tragenden Schwungrades auf einer Ankerplatte befestigt ist, wobei die Triggerspule gegenüber der Ladewicklung in Drehrichtung des Schwungrades versetzt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerspule (23) an dem in Drehrichtung des Schwungrades (2) dem Mittelschenkel (18) folgenden Außenschenkel (17) des Magnetjochs (16) angeordnet ist

2. Schwungradmagnetzünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (16) auf einer konzentrisch im Inneren des Schwungrades (2) angeordneten, einstell- und ortsfest arretierbaren Ankerplatte (3) befestigt ist.

3. Schwungradmagnetzünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Polschenkel (17, 18, 19) des Magnetjochs (16) so angeordnet sind, daß die am Umfang des Schwungrads gemessenen Abstände von der Mittellinie des Mittelschenkels (18) bis zu jeder der Mittellinien der beiden Polschenkel (17 und 19) an jeder Seite derselben unter Ausbildung eines gabelförmigen Magnetjochs praktisch gleich groß sind.

4. Schwungradmagnetzütider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (26, 27) so angeordnet sind, daß der Abstand der Mittellinien der Permanentmagnete gleich dem Abstand der Mittellinien der gegenüberliegenden Polschenkel ist.