DE2258363C3 - Schwungradmagnetzünder mit kapazitivem Zündsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwjngraiimagnetzunder, insbesondere für Motoren mit sehr hohen Betriebsdrehzahlen und kleinen Abmessungen, mit einem kapazitiven thyristorgesteuerten Zündsystem, einem Schwungrad mit Permanentmagneten und einer innerhalb des Schwungrads angeordneten Platte, die mit einem E-förmigen Ankerkern versehen ist, dessen äußere Polschenkel gegenüber dem mittleren Polschenkel jeweils um die Polteilung der Permanentmagnete versetzt sind, wobei der mittlere Polschenkel eine Ladespule trägt, der ein Gleichrichter parallel geschaltet ist und an die über einen Gleichrichter die Reihenschaltung aus Ladekondensator und Primärwicklung einer Zündspule angeschlossen ist, wobei ferner zur Entladung des Ladekondensators im Querzweig ein Thyristor vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode mit einer Triggerspule in Verbindung steht, die in Drehrichtung des Schwungrads versetzt angeordnet ist (US-PS 34 90 426).

Die in dem Kondensator bei jeder Umdrehung des Schwungrades gespeicherte Energie wird auf die Primärwicklung der Zündspule durch eien 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 Aufladespule und einem Thyristor in Verbindung steht, der während einer Zündsequenz 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 zwischsn dem Entladen und Aufladen auftreten, und insbesondere ist es von Wichtigkeit, daß eine Trigger- oder Auslösesequenz nicht die Aufladesequenz des Kondensators in

ίο einer Weise nachteilig beeinflußt, daß das Aufladen unvollständig ist

Das dreischenklige Magnetjoch weist dabei einen Kern aus geschichteten Dynamoblechen auf, der mit drei im gleichen Abstand 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, die dem Erfindungsgegenstand am nächsten kommt und somit dem eingangs zitierten Oberbegriff des Patentanspruchs entspricht sieht gemäß US-PS 34 90 426 ein Polsy <vzm im Schwungrad vor, das durch einen einzigen Permanentmagneten mit zwei in Drehrichtung hintereinander liegenden Polen gebildet wird.

N ich dem Stand der Technik ist weiterhin bekanntgeworden, auf dem dreiteilig ausgebildeten Anker einer Zündeinrichtung am Mittelschenkel die Ladewicklung und am letzten Polschenkel die Triggerspule vorzusehen (DE-OS 18 07 541). Schließlich ist es bekanntgeworden, alle drei Spulen auf einem gemeinsamen dreischenkligen Kern anzuordnen, wobei die Ladespule und die Triggerspule auf den Außenschenkeln vorliegen, wobei der Mittelschenkel lediglich die Zündspule trägt (DE-OS 19 56 793).

Der gesamte Stand der Technik läßt keinerlei Kopplung von Triggerspule und Ladespule erkennen, wobei die Anordnungen gemäß den beiden letztgenannten Veröffentlichungen sogar eine gezielte Trennung von Triggerspule und Ladespule durch einen Luftspalt aufweisen.

Den vorgenannten Bauarten gemeinsam ist der durch eine am Mittelschenkel des dreischenkligen Magnetjochs angeordnete Ladewicklung erzeugte positive und anschließend negative Spannungsimpuls relativ hoher Spannung von etwa 400 V, die jeweils beim Vorbeigang des Magnetsystems erzeugt wird.

Weiterhin ist nach dem Stand der Technik 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

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$ einem kleinen Schwungrad, bei dem die Triggerspule Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den

Fi? und das Magnetjoch eine bestimmte endliche Größe Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher

S beibehalten müssen, wobei in Abhängigkeit von der beschrieben. Es zeigt

£ Drehzahl die Geschwindigkeit auch unerwünschter Ma- F i g. 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsge-

;: gnetfeldändeningen und damit die Induktion in der 5 mäßen Schwungrad-Magnetzünders,

^:f Triggerspule zunimmt Ein weiterer Nachteil entsteht F i g. 2 eine querseitige Ansicht längs der Linie H-II

U bei den genannten Bauarten durch die Verbreiterung nach F i g. 1 und erläutert das Polsystem aus zwei Per-

?:; des Triggerimpules bei hohen Drehzahlfck. Dies kann manentmagneten des Schwungrades,

■ '■' dazu führen, daß die Triggerspannung durch die Trig- F i g. 3 eine bezüglich der F i g. 2 ähnliche Ansicht und % gerspule noch aufrechterhalten werden kann, wenn be- ίο erläutert das Polsystem der Permanentmagneten des ;/, reits eine Ladespannung an der Ladewicklung des Ma- Schwungrades in einer zweiten Lage relativ zu dem If-: gnetjochs induziert wird. Im ungünstigsten Falle bleibt Spulenkern,

T der Thyristor bei bereits hinreichend großer Ladespan- F i g. 4 ein Schaltdiagramm für das Zündsystem, das

\ nung weiterhin durchgeschaltet, wodurch jegliche Auf- mit dem Schwungrad-Magnetzünder nach den F i g. 1

;■"■ ladung des Kondensators verhindert wird. Damit fällt 15 und 2 zusammenarbeitet,

,! die Zündspannung bei hohen Drehzahlen völlig aus. F i g. 5 eine graphische Darstellung und erläutert die

_f: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kurve der Ladespannung, die auf den Kondensator ge-

■ Schwungradmagnetzünder der obengenannten Art zu maß dem Diagramm nach F i g. 4 beaufschlagt wird,
schaffen, der bei kleinen Abmessungen und hohen Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 ist dort ein erfin-Drehzahlen ein zuverlässiges Triggersignal zu<· Auslö- 20 dungsgemäßer Schwungradmagnetzünder gezeigt Die-

;■ sung des Zündimpulses gibt ser Schwungradmagnetzünder 1 weist ein Schwungrad

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 2 und eine Ankerplatte 3 auf, die ortsfest konzentrisch

daß am in Drehrichtung des Schwungrades folgenden im Inneren des Schwungrades 2 angeordnet ist Das

Polschenkel die Triggerspule angeordnet ist und daß Schwungrad 2 ist vermittels eines kegelförmigen Ver-

die Triggerspule mit der Ladespule fest magnetisch ge- 25 bindungsstückes 4 mit einer Keilnut 5 drehfest jedoch

koppelt ist wobei die Polteilung und somit die Flußver- lösbar an einer Welle 6 eines Verbrennungsmotors —

änderung derartig sind, daß während des Aufbaues des nicht gezeigt — angeordnet Die Ankerplatte 3 ist an

zur Triggerung bestimmten Impulses Ladestrom durch einer Führungsschulter 7 befestigt die sich an einer

die Ladespule hindurchfließt Wand 8 des Kurbelgehäuses vermittels Bolzen 9 mit

Aufgrund der magnetischen Kopplung der Trigger- 30 Unterlegscheiben 10 angeordnet befindet,
spule mit der Ladespule kann die Zeitspanne um einen Wie anhand der F i g. 2 gezeigt, sind längliche sich begrenzten Zeitraum verlängert werden, die nach dem radial erstreckende Schraubenlöcher 11 in der Anker-Stand der Technik zur Verfügung steht um den Kon- platte 3 angeordnet, die es ermöglichen, die Ankerplatte densator aufzuladen, jedoch nicht größer ist als die Zeit- in unterschiedliche Winkellagen zu drehen, wodurch eispanne, innerhalb derer sich der Magnet vom Schenkel 35 ne genaue Einstellung der Zündzeit ermöglicht wird, der Ladespule zum Schenkel der Triggerspule bewegt Das Schwungrad 2 wird an der Welle 6 vermittels einer Diese Verlängerung der Zeitspanne ist darauf zurückzu- Mutter 12 gehalten, unter der sich eine Unterlegscheibe führen, daß der Fluß durch die Triggerspule im gleichen 13 befindet (F i g. 1).

Maß wie der Fluß durch die Ladespule verzögert wird. An der Ankerplatte 3 ist ein einem Abstandshalter 14

Hierdurch ergibt sich eine sichere Aufladung des Kon- 40 (Fig. 1) vermittels Schrauben 15 ein Spulenkern 16 be-

densators bei höheren Drehzahlen. Damit eignet sich festigt der drei Polschenkel 17, 18 und 19 (Fig.2) be-

der erfindungsgemäße Schwungradmagnetzünder für sitzt Der Mittelschenkel 18 ist mit einer Ladespule 21

Drehzahlen von 9000 bis 14 000 U/min, wohingegen die versehen, die auf einem Spulenkörper 20 aufgewickelt

bekannten Schwungradmagnetzünder sich nur bei ist und der Polschenkel 17 ist mit einer Triggerspule 23

Drehzahlen unter 9000 U/min zuverlässig einsetzen las- 45 versehen, die auf einen Spulenkörper 22 aufgewickelt

sen. ist. Die Drehrichtung des Schwungrades 2 wird durch

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schwungradma- den Pfeil Pi wiedergegeben. Wie in der F i g. 2 gezeigt gnetzünder läßt sich mit geringen Abmessungen her- ist dementsprechend die Triggerspule 23 an dem letzten stellen und eignet sich besonders für hohe Motordreh- Polschenkel 17 des Spulenkerns 16 angeordnet,
zahlen. Die Triggerspule wird mit dem Magnetjoch als 50 Das Schwungrad 2 ist mit zwei Permanentmagneten kostensparende kompakte Einheit zusammen mit der 24 und 25 versehen, die Polschuhe 26 bzw. 27 aus Weich-Ankerplatte montiert, wodurch eine weitere Befesti- eisenblech aufweisen. Bei der bevorzugten Ausfühgungsvorrichtung auf der Ankerplatte für die Trigger- rungsform besteht das Schwungrad 2 aus Weicheisen spule entfällt und sich die Montage erheblich verein- und ist somit magnetisch leitend. Die Permanentmagnefacht 55 te 24 und 25 sind radial magnetisiert. In der durch das

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Bezugszeichen 28 wiedergegebenen Lage, d. h. der Lage

Schwungradmagnetzünders Hegt in der Ausbildung der diametral gegenüberliegend zu dem Permanentmagne-

von der Triggerspule erzeugten Impulse. Die Trigger- ten 24,25 ist beispielsweise die Dicke des Schwungrades

spule liegt einerseits nicht im Bereich magnetischer Tür- vergrößert, um so ein Gegengewicht für das Gewicht

bulenzfelder und wird andererseits infolge des Magnet- 60 der Magnete zu bilden.

jochs zum gewünschten Zündzeitpunkt mit einem star- Sobald die Permanentmagnete mit den Polschuhen

ken magnetischen Kraftfluß beaufschlagt Dadurch wer- den Spulenkern 16 umlaufen, ergibt sich eine Änderung

den Triggerimpulse induziert, die bei niedrigen und ho- des magnetischen Flusses, wie durch die Pfeile Pz

hen Drehzahlen annähernd die gleiche Breite aufweisen. (F i g. 2) und Pi (F i g. 3) wiedergegeben ist. Bei der Lage

Ein die Funktion des Zündsystems beeinträchtigendes 65 gemäß F i g. 2. bei der die Permanentmagnete 24 und 25

zeitliches Überschneiden des Ladeimpulses mit dem den Polschenkeln 18 und 19 gegenüberliegen, wird der

Triggerimpuls wird dadurch selbst bei hohen Drehzah- größte magnetische Fluß durch diese Polschenkel flie-

len noch vermieden. Ben, wie anhand der Pfeile P2 wiedergegeben ist. Sobald

das Schwungrad 2 sich in die Lage bewegt, wie sie in der F i g. 3 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 Pfeil P₃ wiedergegeben ist. Wie durch die Pfeile P₂ 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 F i g. 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 F i g. 5 wiedergegeben und wie weiter unten erläutert ist Sobald die Permanentmagnete 24 und

25 (siehe die Lage nach der F i g. 3), an den Polschenkeln 17 und 18 vorbeiiaufen, wird durch die Triggerspuie 23 ein Spannungsimpuls erzeugt. Dieser durch die gestrichelte Kurve S in der graphischen Darstellung nach Fig.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 5 in dem Zündsystem arbeiten, ist durch das Schaltdiagramm nach der Fig.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 (V) längs 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 2, d. h. in der durch den Pfeil P\ wiedergegebenen Richtung. Anhand der obengegebenen Erläuterungen des Magnetflußverhältnisses nach den Ausführungsformen der F i g. 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 L\ erfährt und sodann zu dem Zeitpunkt (t\) auf den Wert Null zurückkehrt. Die Ladespannung L steigt sodann auf ein hohes positives Spannungsmaximum mit dem Wert Li zu dem Zeitpunkt (t₂) an und fällt sodann ab, so daß dieselbe zu dem Zeitpunkt (t₃) den Wert Null ännirüiTii, 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 33 gleichgerichtet, so daß lediglich der positive ansteigende Teil des Spannungsmaximums L₂ auf den Kondensator 29 unter Beaufschlagen desselben übertragen wird.

In ähnlicher Weise wird in der Triggerspuie 23 eine Spannung erzeugt, die durch die gestrichelte Kurve S wiedergegeben und zwei negative Spannungsmaxim a Si und S3 und ein positives Spannungsmaximum S2 besitzt Wie anhand der F i g. 2, 3 und 5 ersichtlich, belauft sich der magnetische Fluß durch den Kern 16 auf Null zu dem Zeitpunkt (t₂) und auf die Maximalspannung für die negativen Spannungsmaxima L\ und L₃, und die größte Flußveränderung herrscht zu den Zeiten (t\) und (t₃) vor. Der Zeitpunkt (t₃) ist ein gemeinsamer Punkt für die Ladekurve L und für die Triggerspannungskurve S, wo sich die Spannung jeweils auf Null beläuft.

Der Spannungswert, bei dem der Thyristor 30 getriggert oder ausgelöst wird, ist in der F i g. 5 mit einer waagerechten Spannungslinie S* gekennzeichnet, die die Kurve 5 für die Triggerspannung zu einem Zeitpunkt (V) schneidet, sobald der Thyristor 30 den Schaltkreis über den Kondensator 29 und die Primärwicklung zu der Zündspule 31 schließt, sowie einem Zeitpunkt (W) sobald die Triggerspannung unter den Spannungswert S₄ abfällt, so daß sich der Thyristor 30 erneut öffnet.

Es ergibt sich somit, daß bei Laden des Kondensators iedigiich das iinke 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 Ci₂), sobald der Kondensator voll aufgeladen ist, sowie der Zeit (h), sobald der Kondensator während des Triggerns des Thyristors 30 durch die Spannung 54 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 (t₃) bis (t₂) ausreichend lang ist, um jedwede Wechselwirkung zwischen der Sequenz für die Triggerspannung, wie in der Kurve 5 gezeigt, und der Ladespannung, wie in der Kurve L gezeigt, selbst für den Fall auszuschalten, daß die Drehgeschwindigkeit 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 Spulenkernen auf der Ankerplatte der Anzahl der angestrebten Zündfolgen anzupassen, wobeijeder Spulenkern mit einer Lade- und einer Triggerspule versehen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schwungradmagnetzünder, insbesondere für Motoren mit sehr hohen Betriebsdrehzahlen und kleinen Abmessungen, mit einem kapazitiven thyristorgesteuerten Zündsystem, einem Schwungrad mit Permanentmagneten und einer innerhalb des Schwungrads angeordneten Platte, die mit einem E-förmigen Ankerkern versehen ist, dessen äußere Polschenkel gegenüber dem mittleren Polschenkel jeweils um die Polteilung der Permanentmagnete versetzt sind, wobei der mittlere Polschenkel eine Ladespule trägt, der ein Gleichrichter parallel geschaltet ist und an die über einen Gleichrichter die Reihenschaltung aus Ladekondensator und Primärwicklung einer Zündspule angeschlossen ist, wobei ferner zur Entladung des Ladekondensators im Querzweig ein Thyristor vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode mit einer Triggerspule in Verbindung steht, die in Drehrichtung des Schwungrads versetzt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerspule (23) unter enger magnetischer Kopplung zur Ladespule auf dem dem mittleren Polschenkel in Drehrichtung des Schwungrades folgenden Polschenkel angeordnet ist