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Zündanlage für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Zündanlage für BrennkraStmaschinen mit einem steuerbaren elektronischen Verbindungsschalter,
der an seiner Schaltstrecke mit einer Stromquelle sowie der Primärwicklung einer
Zündspule eine Serienschaltung bildet und an seiner Steuerstrecke mittels eines
nach Art eines Wechselstromgenerators arbeitenden, mit einem rotierenden Teil der
Brennkraftmaschine zusammenwirkenden Signalgebers mit Steuerstrom beaufschlagbar
ist, wobei dieser Steuerstrom die vorerwähnte Schaltstreeke während der Bewegung
des rotierenden Teiles um einen bestimmten Drehwinkel in den stromdurchlassenden
Zustand hält.
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Derartige Zündanlagen zeichnen sich dadurch aus, daß sie kontaktlos
gesteuert erden, also nicht den herkömmlichen Unterbrecherschalter benötigen, der
infolge Abbrand und Verschmutzung an seinen Kontakten die Betriebssicherheit der
Zündanlage herabsetzt.
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Die seither bekanntgewordenen Zundanlaben der eingangs erwähnten Art
weisen relativ aufwendige Schaltungsanordnungen auf, um den Erfordernissen gerecht
zu erden, daß die Unterbrechung des Stromflusses in der Primärwicklung der Zündspule
in Zündzeitpunkt in mbglichst kürzester Zeit vorsichgeht und daß auch bei hoher
Drehzahl der Brennkraftmaschine ein ausreichend hoher Stromwert in der Primärwicklung
der Zündspule und damit der für einen Ifirkengsvollen Zündfunken erforaerliche bnergiebetrag
erreicilt wird.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zuÓrunde, eine Zündanlage der
eingangs erwähnten Art zu schaffen und dabei unter vertretbarem Aufwand an Schaltungselementen
den vorgenannten Erfordernissen hinreichend gerecht zu erden.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgernäß dadurch gelöst, daß der Verbindungsschalter
mit seiner Steuerstrecke an der von der Stromquelle ausgehenden Plus leitung über
eine Steuerverbindung angeschlossen ist, in welcher der Steuerstromfluß mittels
eines Thyristors einschaltbar ist, daß ferner die der Plusleitung zugewandte Anode
des Thyristors über einen die Schaltstrecke eines steuerbaren elektronischen überbrückungsschalters
enthaltenden Steuerschaltungszweig mit der von der Stromquelle ausGehenden Minusleitung
in Verbindung steht und daß schließlich von der winkelabhängig vom rotierenden Teil
gelieferten Steuerwechselspannung des Signalgebers die Halbwelle der einen Polarität
zur Umsteuerung der Schaltstrecke des Thyristors in den stromdurchlassenden Zustand
und die Halbwelle der anderen Polarität zur Umsteuerung der Schaltstrecke des überbrückungsschalters
in den stromdurchlassenden Zustand ausgenutzt ist.
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Einzelheiten und weitere Merkmale der Erfindung werden annand eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben.
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Die in der Zeichnung dargestellte Zündanlage, die für die nicht dargestellte
Brennkraftmaschine eincs Kraftfahrzeuges bestimmt sein soll, weist eine Stromquelle
1 auf, die beispielsweise die Batterie dieses Kraft fahrzeuges ist. An der Stromquelle
1 geht von dem Minuspol eine Minus leitung 2 und von dem Pluspol eine einen Betriebsschalter
(Zündschalter) 3 enthaltende Plusleitung 4 aus. Die Plusleitung Li ist mit dem einen
Anschluß eines Strombegrenzungswiderstandes 5 verbunden, dessen anderer Anschluß
an dem einen Wicklungsende der Primärwicklung 6 einer Zündspule 7 liegt. D3s andere
Wicklungsende der Primärwicklung 6 steht über einen Verbindungsabschnitt 8 mit dem
Kollektor 9 eines einen steuerbaren elektronischen Verbindungsschalter 10 bildenden
(np,-l-) Transistors 11 in Verbindung, dessen Emitter 12 an der Minus leitung 2
liegt.
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Zwischen dem Kollektor 9 und dem Emitter 12 wird die Scnaltstrecke
9 - 12 des Verbindungsschalters 10 gebildet, während von der Basis 13 des Transistors
11 zum Emitter 12 die Steuerstrecke 13 - 12 des Verbindungsschalters 10 verläuft.
Der Verbindungsabschnitt 8, der zweckmäßig jiber eine von der Stromiquelle 1 in
Durchlaßrichtung beanspruchte Schutzdiode 14 zu dem Kollektor 9 führt, ist Ausgangspunkt
für eine Verbindung, die zunächst über die Sekundärwicklung 15 der Zündspule 7 und
danach über eine Zündkerze 16 zur Minusleitung 2 verläuft.
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Selbstverständlich können auch mehrere Zündkerzen vorgesehen sein,
die während des Betriebes mittels eines nicht dargestellten Zündverteilers in einer
vorbestimmten Reihenfolge mit der Sekundärwicklung 15 in Verbindung gebracht werden.
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Um den VerbindunG,sschalter 10 an seiner Steuerstrecke 13 - 12 mit
einem die Schaltstrecke 9 - 12 in den stromdurchlassenden Zustand steuernden Steuerstrom
beaufschlagen zu können, ist
eine Steuerverbindung 17 vorgesehen,
die an dem Verbindungsabschnitt 8 angeschlossen ist, also über die Primärwicklung
6 sowie den Strombegrenzungswiderstand 5 mit der Plus leitung @ 4 Verbindung hat,
und über die çteuerstrecke 13 - 12 des Verbindungsschalters 10 zur Minusleitung
2 führt. Der Steuerstromfluß in der Steuerverbindunc, 17 ist durch einen Thyristor
18 einschaltbar, der mit seiner zwiscnen Anode 19 und Kathode 20 verlaufenden Schaltstrecke
19 - 20 unmittelbar in der Steuerverbindung 17 liegt. Dabei hat die Anode 19 über
einen Be'nessungswiderstand 21 mit derr, Verbindungsabschnitt 8 und die Kathode
20 so.fohl mit der die Steuerelektrode des Verbindungsschalters 10 bildenden Basis
13 als auch über einen die Schaltschwelle des Verbindungsschalters 10 bestimmenden
Widerstand 22 mit der Minusleitung 2 Verbindung. Außerdem ist ein von der Anode
19 des Thyristors 18 atsgehender, zu der Minusleitung 2 führender Steuerschaltungszweig
23 vorgesehen, der die Schaltstrecke 24 - 25 eines steuerbaren elektronischen Überbrückungsschalters
26 enthalt. Der überbruckungsschalter 26 wird durch einen (npn-) Transistor 27 gebildet,
wobei zwischen dessen mit der Anode 19 des Thyristors 18 verbundenem Kollektor 24
und dessen mit der tlinusleitung 2 verbundenem Emitter 25 die vorerwähnte Schaltstrecke
24 - 25 verläuft.
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Desweiteren ,st ein nach Art eines Wechselstromgenerators arbeitender,
mit einem während des Betriebes rotierenden Teil 28 der Brennkraftmaschine zusammenwirkender
Signalgeber 29 vorgesehen, der für die Beaufschlagung der Steuerstrecke 13 - 12
des Verbindungsschalters 10 mit Steuerstrom in der Weise sorgt, daß die Schaltstrecke
9 - 12 des Verbindungsschalters während der Bewegung des rotierenden Teiles 28 um
einen bestimmten Drehwinkel in dem stromdurchlassenden Zustand gehalten wird.
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Im vorliegenden Fall geschieht das dadurch, daß von der winkelabhängig
vom rotierenden Teil 28 gelieferten Steuerwechselspannung des Signalgebers 29 die
wirkungsmäßig
durch Pfeil angedeutete Halbwelle U1 der einen Polarität
zur Umsteuerung der Schaltstrecke 19 - 20 des Thyristors 18 in den stromdurchlassenden
Zustand und die ebenfalls wirkunosmäßig durch Pfeil angedeutete Halbwelle U2 der
anderen Polarität zur Umsteuerung der Schaltstrecke 24 - 25 des Überbrückungsschalters
26 ausgenutzt ist.
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Der Signalgeber 29 weist eine Steuerwicklung 30 mit zwei Wicklungsenden
30', 30" auf, von denen das eine Miicklungsende 30' mit der Steuerelektrode 31 des
Thyristors 18 und das andere Wicklungsende 30" mit der durch die Basis des Transistors
27 gebildeten Steuerelektrode 32 des Überbrückungsschalters 26 in Verbindung steht.
Die Wicklungsenden 30', 30" sind je an die Anode einer von zwei Blockierdioden 32,
33 angeschlossen, deren Kathode mit der Minus leitung 2 in Verbindung steht. Die
Steuerwicklung 30 ist mit einem durch gestrichelten Linienzug angedeuteten mignetischen
Kreis 34 induktiv gekoppelt, durch den mit Hilfe des rotierenden Teiles 28 mindestens
ein wenigstens annähernd die Form eines Ringabschnittes aufweisendes Leitstück 35
unter radialen Durchtritt der magnetischen Kraftlinien hindurchbewegbar ist. Im
Beispielsfall ist das aus magnetisch leitfähigem Material bestehende Leitstück 35
unm@ttelbar auf das ebenfalls aus magnetisch leitfähigem Material bestehende, während
des Betriebes in Richtung des Pfeiles R rotierende eil 28 kreisförmigen Querschnittes
konzentrisch aufgesetzt.
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Der Signalgeber 29 ist wirkungsmäßig so in die Anlage eingesetzt,
daß die Flußänderung (Flußzunahme) beim Eintritt der Vorderkante 35' des Leitstückes
35 in den magnetischen Kreis 34 zur Erzeugung der die Schaltstrecke 19 - 20 des
Thyristors 18 in den stromdurchlassenden Zustand steuernden Steuerspannun0Ts halbwelle
U1 und die Flußänderung (Flußabnahme) beim Austritt der unterkante 35" des Leitstückes
35 aus dem magnetischen Kreis 34 zur Erzeugung der die Schaltstrecke 24 - 25 des
Überbrückungsschalters 26 inden stromdurchlassenden Zustand steuernden Steuerspannungshalbwelle
U2 dient.
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Ferner ist der Verbindungsabschnitt 8 auch Ausgangspunkt für eine
,teuerleitung 36, die zu der über einen Basiswiderstand 37 an der Minusleitung 2
liegenden Steuerelektrode 32 des Überbrückungsschalters 26 führt und eine von der
Stromquelle 1 in Durchlaßrichtung beanspruchte Blockierdiode 38 sowie einen in serie
zu dieser Diode 38 liegenden @emessungswiderstand 39 enthält.
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Eine der Steuerelektrode 31 des Thyristors 18 vorgeschaltete Diode
40 sorgt dafür, daß diese Steuerelektrode 31 in Bezug auf die Kathode 20 nur die
zur Steuerung notwendige positive Vorspannun erhalt.
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Die soeben @eschriebene Zündanlage hat folgende Wirkungsweise: Sobald
der Betriebsschalter 3 geschlossen wird, ist die Anlage funktinsbereit. Solange
sich das Leitstück 35 am rotierenden Teil 28 außerhalb des magnetischen reises befindet,
ist die Schaltstrecke 24 - 25 des Überbrückungsschalters 26, die Schaltstrecke 19
- 20 des Thyristors 18 und die Schaltstrecke 9 - 12 des Verbindungsschalters 10
stromundurchlässig. Sobald das Leitstück 35 mit seiner Vorderkante 35' in den magnetischen
Kreis 35 hineinläuft, wird die Steuerspannungshalbwelle U1 erzeugt, die die Schaltstrecke
19 - 20 des Thyristors 18 in den stromdurchlassenden Zustand steuert. Es setzt demzufolge
am Verbindungsschalter 10 ein Steuerstrom über die Steuerstrecke 13 - 12 ein, der
über die Schaltungselemente 3, 4, 5, 6, 8, 17, 21, 18, 13, 12 und 2 verläuft und
die Schaltstrecke 9 - 12 leitend macht, so daß ein starker Strom über die Primrwicklung
6 geführt und magnetische Energie für die Erzeugung des Zündfunkens in der Zündspule
7 gespeichert wird.
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Läuft nun im Zündzeitpunkt die Hinterkante 35" des Leitstückes 35
aus dem magnetischen Kreis 34 heraus, so wird die Steuerspannungshalbwelle U2 erzeugt,
welche die Schaltstrecke 24 - 25
des ;jberbrückunUss chalters 26
vorübergehend leitend maciat.
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Dadurch wird die Anode 19 des Thyristors 18 an das Potential der Minusleitung
2 gelegt, was zur Folge hat, daß die Schaltstre.cke 19 - 20 des Thyristors 18 schlagartig
nichtleitend wird und den Steuerstrom über die Steuerstrecke 13 - 12 des Verbindungsschalters
10 unterbricht. Die Schaltstrecke 9 - 12 des Verbindungsschalters 10 geht abhängig
davon besonders rasch in den nicht leitenden Zustand über, wodurch der Stromfluß
in der Primärwicklung 5 in kürzester Zeit unterbrochen und in der Sekundärwicklung
15 ein Hochspannungsstoß erzeugt wird, der an der Zündkerze 16 einen elektrischen
Überschlag (Zündfunke) hervorruft. Sobald dann das Leitstuclr 35 mit seiner Vorderflanke
35' wieder in den magnetischen Kreis 34 hineinläuft, beginnt der soeben beschriebene
Trnirnktionsablauf erneut.
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Der Verbindungsschalter 10 kann selbstverständlich auch ein Darlington-Transistor
sein. Aufwendige Treiberstufen sind jedoch infolge des vorgesehenen Thyristors 18
zur Steuerung des Verbindungsschalters 10 nicht notwendig.
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Dadurch, daß die Steuerspannungshalbwelle der einen Polarität zum
Einschalten des Stromflusses in der Primärwicklung 6 und die Steuerspannungshalbwelle
der anderen Polarität zum Ausschalten des Stromflusses in der Primärwicklung 6 Verwendung
findet, läßt sich.durch Festlegung des Abstandes zwischen diesen beiden Halbwellen
der "Stromflußwinkel", daß heißt, der Winkel um den sich das rotierende Teil 28
während des Stromflusses dreht, leicht so abstimmen, daß auch bei der Höchstdrehzahl
der Brennkraftmaschlne der Strom in der Primärwicklung 6 noch auf einen für einen
wirkungsvollen Zündfunken erforderlichen Wert ansteigen kann. Im vorliegenden Fall
ist je nach Höchst drehzahl der Brennkraftmaschine lediglich das Bogenmaß des Leitstückes
35 entsprechend zu wählen und der Strom'in der Primärwicklung 6 mittels des Begrenzungswiderstandes
5 auf eine geeignete Stärke einzustellen.