DE2433155B2 - Zündschaltung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung zum Erzeugen von Zündfunken mittels Kondensatorentladung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einer Lade- und Steuersignale liefernden Wechselstromquelle, zwei Zündkondensatoren, denen jeweils eine Ladediode mit unterschiedlicher Polung in Reihe geschaltet ist, wobei diese Reihenschaltungen aus Ladediode und Zündkondensator parallel zueinander und parallel zur Wechselstromquelle geschaltet sind, sowie einem Paar von zu den Zündkondensatoren parallelgeschalteten Entladekreisen mit Zündtransformatoren, und einer thyristorgesteuerten Steuerschaltungsanordnung.

In einer aus der DE-OS 19 37 827 bekannten Zündschaltung der genannten Art werden zwei ähnlich aufgebaute Schaltkreise durch eine Ladespule eines Wechselstromgenerators gespeist. Die positiven Spannungswellen der Ladespule laden über eine erste Diode einen ersten Ladekondensator, und die negativen Halbwellen laden über eine zweite Diode einen zweiten Ladekondensator. Parallel zu den Ladekondensatoren liegen jeweils Reihenschaltungen aus Zündtransformator und Steuerthyristor. Die Steuerelektroden der Steuerthyristoren sind jeweils mit einem Ansteuernetzwerk verbunden, welche jeweils von einer ersten und einer zweiten Steuerspule gespeist werden. Die positiven Halbwellen der Steuersignale in beiden Steuerspulen werden zum öffnen der jeweiligen Thyristoren und damit zum Entladen der Ladekondensatoren über die Primärwicklung der Zündtransformatoren ausgenutzt. Nachteilig bei dieser Schaltung ist jedoch, daß zur Erzeugung der Steuerimpulse an den Thyristoren zwei eigene Steuerwicklungen in dem Generator benötigt werden. Eine derartige Schaltung kann nicht in Zündanlagen verwendet werden, die einen Generator mit lediglich einer einzigen Steuerspule besitzen.

Aus der US-PS 37 23 809 ist eine Zündschaltung für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren bekannt, bei der nur eine Steuerspule zum Ansteuern eines die Ladekondensatoren entladenen Thyristors vorgesehen ist. In dieser Schaltungsanordnung werden drei Ladekondensatoren durch drei Ladewicklungen gespeist, welche alle Ladekondensatoren mit einer Ladung gleicher Polarität aufladen. Jeder Ladekondensator steht mit der Primärwicklung eines Zündtransformators in Verbindung, während die jeweilige andere Elektrode des Kondensators über eine Diode an einen gemeinsamen Steuerthyristor geschaltet ist. Die Steuerelektrode des Thyristors steht mit der Steuerwicklung in Verbindung. Diese Schaltungsanordnung hat jedoch den Nachteil, daß für jeden Ladekondensator, bzw. für jeden Zündtransformator eine eigene Ladewicklung vorgesehen ist, und daß jeder Kondensator mit einer gleichnamigen Ladung beaufschlagt wird. Eine derartige Schaltungsanordnung ermöglicht eine einfach ausgebildete Entladesteuereinrichtung. Eine derartige Entladesteuereinrichtung ist jedoch nicht in Schaltungen anwendbar, in der die Ladekondensatoren von einer einzigen Ladewicklung mit positiven und negativen Spannungshalbwellen geladen werden. Die US-PS 35 76 183 zeigt ebenfalls eine Zündschaltung für mehrere Zylinder mit einer einzigen Steuereinrichtung, jedoch werden dort alle Zündkreise gleichzeitig aktiviert, wobei von der Tatsache Gebrauch gemacht wird, daß nur in demjenigen Zylinder das Gemisch entzündet wird, in dem der richtige Gemischdruck vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündschaltung der obengenannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die mit positiven und negativen Spannungshalbwellen aufgeladenen Zündkondensatoren durch ein einziges Steuerelement über die entsprechenden Primärwicklungen der Zündtransformatoren entladen werden können.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, durch Ausnutzen der Eigenschaften eines gesteuerten Gleichrichters einen Entladekreis für einen Zündtransformator zu öffnen, während der jeweils komplementäre Entladekreis gesperrt bleibt. Durch das Verwenden lediglich eines einzigen gesteuerten Gleichrichters, bzw.

Thyristors ist es nunmehr möglich, Steuersignale aus einer einzigen Steuerwicklung zu generieren.

Die vorliegende Erfindung schafft also ein stark verbessertes Zündsystem mit Kondensatorentladung, das von einem Wechselstromgenerator versorgt wird. Insbesondere ist dieses Zündsystem für Zweitaktmotoren, wie sie beispielsweise als Außenbordmotoren verwendet werden, geeignet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schaltungsaufbau einer erfindungsgemäßen Zündschaltung,

Fig.2 eine graphische Darstellung des Spannungs-Ausgangssignals des offenen Schaltkreises einer Wechselspannungsgeneraior-Einheit, und

F i g. 3 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündschaltung.

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zündschaltung, die in Zusammenhang mit einem Wechselstromgenerator 6 verwendet wird, wobei der Wechselstromgenerator 6 ein Paar Ladewicklungen 13 und 14 aufweist, die in Reihenschaltung hintereinander liegen und über die Ladeschaltung verbunden sind, um nacheinander einen ersten Kondensator 15 für die Zündkerze 4 und einen zweiten Kondensator 16, der mit der zweiten Zündkerze 5 in Verbindung steht, aufzuladen. Eine Steuerimpuls-Wicklung 17 ist vorgesehen, um eine gemeinsame Entlade-Schaltereinheit 18 zur aufeinanderfolgenden Entladung der Kondensatoren 15 und 16 zu steuern. jo

Der Kondensator 15 ist mit einer Diode 19 in Reihe geschaltet, wobei die Reihenschaltung aus dem Kondensator 15 und der Diode 19 den beiden Wicklungen 13 und 14 direkt parallel liegt. Der negative Anschluß des Kondensators 15 ist dabei über eine gemeinsame Erdklemme 19a mit dem einen Anschluß der in Reihe geschalteten Wicklungen verbunden. Der zweite Kondensator 16 ist den Wicklungen 13 und 14 direkt parallel geschaltet, wobei der zweite Kondensator 16 in Reihe mit einer entgegengesetzt gepolten Diode 20 liegt.

Der positive Anschluß des Kondensators 15 ist mit dem einen Anschluß der Primärwicklung 21 des Impulstransformators 9 direkt verbunden. Der negative Anschluß des Kondensators 15 ist in Reihe mit der Einheit 18, die als Thyristor oder siliziumgesteuerter Gleichrichter in F i g. 1 ausgebildet ist, sowie in Reihe mit einer Steuerdiode 22 mit der gemeinsamen Erdklemme 19a verbunden, um den Kondensator über den Transformator 9 zu entladen, wenn der Schalter 18 sich im leitenden Zustand befindet, oder eingeschaltet ist. Die Sekundärwicklung 23 des Transformators 9 ist mit der Zündkerze 4 verbunden, um diese zu zünden.

Der Kondensator 16 liegt in dem Kreis, der aus der Erdklemme 19a, einer Diode 24, einem Thyristor 18 und der Primärwicklung 25 des Transformators )0 gebildet wird. Der Kondensator 16 ist ebenfalls dafür vorgesehen, den entsprechenden Zylinder des Motors zu zünden.

Wie in F i g. 1 schematisch dargestellt ist, sind die Wicklungen 13 und 14 auf einen Statorkern 30 aufgewickelt und sind um 180° voneinander versetzt. Die Magneteinrichtung 27 besteht aus zwei gegensinnig gepolten Magnetpolen 31 und 32. Jeder Pol erstreckt sich über etwa 180° und legt ein Paar diametral gegenüberliegender Stellen fest, bei denen der Kraftfluß b^r> Null oder die Polarität ausgeglichen ist. Diese Punkte sind in F i g. 1 durch die Zwischenräume 33 und 34 zwischen den Enden der kreisförmigen Pole dargestellt.

Die Wicklungen 13 und 14 sind derart aufgewickelt, daß der gleiche Impuls mit der gleichen Polarität beispielsweise wie der Impuls 28 erzeugt wird, wobei die sich gegenüberliegenden Zwischenräume 33 und 34 bezüglich der Windungen 13 und 14 ausgerichtet sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist Wenn das Schwungrad sich um 180" dreht, sind die Zwischenräume 33 und 34 in umgekehrtem Sinne ausgerichtet und erzeugen in den beiden Wicklungen 13 und 14 den Impuls 29 mit entgegengesetzter Polarität.

Die Wicklung 17 ist um einen beweglichen Pol 35 aufgewickelt, der als Teil der Statoreinheit 30 ausgebildet ist und sich in derselben Ebene wie die Pole 31 und 32 befindet. Die Impulse 36 und 37 mit entgegengesetzter Polarität werden, wie in F i g. 2 dargestellt, während jeder vollständigen Umdrehung eines zum Wechselstromgenerator 6 gehörenden Schwungrades 7 und zwischen jeder Aufladeperiode erzeugt. Die Impulse 36 und 37 machen den Schalter 18 leitend oder schalten ihn an, wodurch der zuvor aufgeladene Kondensator 15 oder 16 entladen wird.

Der gesteuerte Gleichrichter 18 oder der Thyristor 18 ermöglicht ein sehr schnelles Zustandekommen des Entladekreises, und die Dioden 22 und 24 im Entladeweg stellen eine sehr geringe Impedanz dar, so daß sich der zuvor aufgeladene Kondensator 15 oder 16 sehr schnell entlädt. Der Entladestrom fließt daher nur in einem sehr geringen Maße durch den parallelen Stromweg, der von dem gegenüberliegenden Transformator und dem gegenüberliegenden Kondensator gebildet wird.

Wenn der gegenüberliegende Kondensator 15 oder 16 noch nicht aufgeladen worden ist, ist die gleichzeitige Bildung des Entladekreises dieses Kondensators insoweit unwirksam, als es den entsprechenden Transformator betrifft. Der Impuls 36 oder 37 wird in dem Zweiweg-Gleichrichter gleichgerichtet, der aus einem Paar gegensinnig gepolter Dioden 38 und 38a besteht, die parallel zu einem in Reihe geschalteten Paar von Widerständen 39 und 39a und zur Wicklung 17 liegen. Das Gleichstrom-Steuersignal wird zwischen den Verbindungspunkten der Dioden 38—38a und der Widerstände 39—39a erzeugt, in ähnlicher Weise, wie bei einer Wicklungsschaltung für die Steuerimpulse mit einem Mittelabgriff.

Das Ausgangssignal vom Widerstand-Gleichrichter-Netzwerk wird zur Auslösung des Gleichrichters 18 über eine in Reihe geschaltete Kopplungsschaltung mit einem zur Stabilisierung vorgesehenen Netzwerk 40 aus einem zu einem Kondensator parallel geschalteten Widerstand, über einen Strombegrenzer-Widerstand 41 und über einen in Kaskade geschalteten zweiten Steuergleichrichter 42 geführt. Der Anoden-Kathoden-Übergang des Gleichrichters 42 liegt zwischen dem Anoden-Steuerelektroden-Übergang des Gleichrichters 18 und einem Widerstandspaar 43 und 43a in Reihe. Die Steuerelektrode des Gleichrichters 42 ist mit dem Widerstand 41 verbunden. Ein Kondensator 44 verbindet weiterhin die Steuerelektrode und die Kathode des Gleichrichters 42. Die Parallelschaltung des Widerstandes 45 und des Kondensators 46 ist zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände 43 und 43a und die Kathode des Gleichrichters 18 gelegt. Der Widerstand 43 und der Widerstand 45 bilden einen Spannungsteiler, der über dem Schalter 18 liegt und daher mit den LaJe-Wicklungen 13 und 14 in Reihe in dem Lade-Stromweg liegt. Der Kondensator 46 wird daher gleichzeitig mit der Aufladung des Kondensators 16 aufgeladen. Der Kondensator 46 wird über den

Widerstand 43a und den gesteuerten Gleichrichter 42 entladen, so daß der Gleichrichter 18 schnell in den leitenden Zustand gebracht wird, wie dies hier beschrieben wurde. Es sei angenommen, daß der Magnetfluß in den Spulen 13 und 14 derart gerichtet ist, daß eine relativ positive Spannung in bezug auf das Grundpotential, auf dem der Motor liegt, gebildet wird. Der Kondensator 15 lädt sich daher über die Diode 19 auf eine bezüglich des Massepotentials positive Spannung auf. Der Gleichrichter 18 befindet sich im nichtleitenden Zustand, so daß der Kondensator 46 sich über die Primärwicklung 21 und über die Diode 22 auf einen Spannungspegel auflädt, dessen Höhe durch den von den Widerständen 43 und 45 gebildeten Spannungsteiler festgelegt ist.

Wenn das Schwungrad 7 und die Einheit 27 sich fortlaufend drehen, so tritt ein Magnetflußübergang im Steuerimpuls-Kern 35 auf, wenn ein neutraler Bereich 33 oder 34 vorbeikommt, so daß in der Wicklung 17 ein Spannungsimpuls induziert wird. Die Polarität dieses Spannungsimpulses ist in diesem Zusammenhang ohne Bedeutung, da eine der beiden Dioden 38 oder 38a in Durchlaßrichtung gepolt ist und den Impuls leitet. Durch die in Vorwärtsrichtung gepolte Diode 38, durch die aus Widerstand und Kondensator gebildete Parallelschaltung 40, durch den Widerstand 41, durch die Parallelschaltung des Steuerelektroden-Kathoden-Überganges des gesteuerten Gleichrichters 42 und des Kondensators 44, durch den Steuerelektroden-Kathodenübergang des gesteuerten Gleichrichters 18 sowie durch den Widerstand 39 fließt Strom. Die Stromstärke dieses Stroms ist genügend hoch, um zwar den gesteuerten Gleichrichter 42, nicht aber den gesteuerten Gleichrichter 18 in den leitenden Zustand zu versetzen. Der gesteuerte Gleichrichter 42 wird durch die am Kondensator 46 anliegende Spannung in den leitenden Zustand gebracht, wobei der Kondensator 46 sich über den Widerstand 43a, den Anoden-Kathoden-Übergang des gesteuerten Gleichrichters 42 und den Steuerelektroden-Kathodenübergang des gesteuerten Gleichrichters 18 entlädt. Der Kondensator 46 und der Widerstand 43a sind so ausgewählt, daß der Entlade-Stromimpuls bei großen d/7di-Werten genau den richtigen Wert besitzt, um den gesteuerten Gleichrichter 18 in den leitenden Zustand zu versetzen. Der gesteuerte Gleichrichter 18 wird daher innerhalb kürzester Zeit in den leitenden Zustand versetzt, und der Haupt-Zündkondensator 15 entlädt sich über die Primärwicklung 21 der Zündspule 9, über den Anoden-Kathoden-Übergang des gesteuerten Gleichrichters 18 und über die Diode 22. Diese Entladung erfolgt in einem kurzen Zeitraum mit einem Impuls sehr hoher Stromamplituden und bewirkt ein schnelles Ansteigen der Spannung an der Sekundärwicklung 23 der Zündspule 9 auf einen genügend hohen Spannungswert, um das Gas zwischen den Elektroden der Zündkerze 4 zu ionisieren und in dem entsprechenden Zylinder eine Zündung auszulösen. Der gesteuerte Gleichrichter 18 bleibt leitend, bis der Anoden-Kathodenstrom unterhalb des Bauteil-Haltestromes abfällt. Nachdem sich die Kurbelwelle in bezug auf den ersten Übergang um 180° weitergedreht hat, wird in den Spulen 13 und 14 eine entgegengesetzte Spannung erzeugt. Der Kondensator 16 und der Kondensator 46 werden jetzt über die Diode 24 und die Primärwicklung 25 der Spule 10 aufgeladen.

Wenn sich das Schwungrad 7 noch weiter dreht, tritt in dem Steuerimpuls-Kern 35 und in der Spule 17 ein zweiter Magnetfluß-Übergang auf. Dieser Übergang ist in entgegengesetzter Richtung und bezüglich des ersten Überganges um 180° der Kurbelwelle später. Die Spule 17 erzeugt daher einen Spannungsimpuls, der gegenüber der ersten Spannungserzeugung entgegengesetzte Polarität aufweist. Der Steuerstrom fließt wiederum durch den zuvor beschriebenen Stromweg, mit der Ausnahme, daß er in diesem Fall durch die entgegengesetzt geschaltete Diode 38a und den Widerstand 39a fließt und der Kondensator 16 aufgeladen wird.

Der Gleichrichter 18 geht wiederum in den nichtleitenden Zustand über, eine Umdrehung ist jetzt beendet, und bei jeder folgenden Umdrehung wiederholt sich der zuvor beschriebene Vorgang.
Das aus parallel gelegtem Widerstand und Kondensator bestehende Netzwerk 40 erzeugt eine Spannung, die der Motorgeschwindigkeit etwa proportional ist. Diese Spannung wird durch die Steuer-Spannungsimpulse hervorgerufen, die durch die Spule 17 erzeugt werden. Die Kondensatorspannung stellt daher eine Rückwärtsregelspannung im Steuerimpuls-Netzwerk derart dar, daß der wirksame oder Auslösepegel der Steuerimpulsspannung, der von der Steuerimpuls-Wicklung geliefert werden muß, um den gesteuerten Gleichrichter zu zünden, mit der Motorgeschwindigkeit zunimmt und bei allen Motorgeschwindigkeiten stabilisiert wird. Dadurch wird auch der tatsächliche Steuerimpuls-Pegel erhöht, wodurch die Gefahr vermindert wird, daß der gesteuerte Gleichrichter durch unerwünschte Störspannungssignale gezündet wird, die sowohl aufgrund anderer, in der Nähe befindlicher Zündsysteme, als auch aufgrund anderer Hochfrequenzeinrichtungen in der Umgebung, oder aufgrund von Wechselstromgenerator-Störimpulsen auftreten können.

In Fig. 1 ist ein von Hand betätigbarer Motorabschalter 47 dargestellt, der den Windungen 13 und 14 direkt parallel liegt und im geschlossenen Zustand verhindert, daß einer der Kondensatoren aufgeladen wird und dadurch die Zündkerzen zündet. Der Schalter 47 kann auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, beispielsweise über dem Schalter 18. Der Strom von den Wicklungen 13 und 14 fließt direkt über die Transformatoren 9 und 10, wobei jedoch die Energie nicht ausreicht, den Motor zu zünden.

Mit zunehmender Geschwindigkeit wird die Zeit, die verstreicht, wenn ein Spalt 33 oder 34 sich von der Spule 17 zu den Spulen 13 und 14 dreht, kurzer. Dies verringert die Aufladezeit und die Kondensatoren 15 und 16 können auf einen kleineren Spannungswert aufgeladen werden. Verbrennungsmaschinen benötigen

so jedoch allgemein bei höherer Motorgeschwindigkeit eine geringere Spannung, um die Zündkerzen sicher zu zünden.

Die Wicklungen 13 und 14 sind additiv oder unterstützend geschaltet, wobei ein Ende jeder Wicklung mit der gemeinsamen Erdklemme 19a verbunden ist. Die Wicklung 14 ist über die Diode 19 mit dem Kondensator 15 und über die Diode 20 mit dem Kondensator 16 verbunden. Die Dioden 86 und 87 wurden eingefügt, um in gleicher Weise die Wicklung 13

ω mit den Kondensatoren 15 und 16 zu verbinden. Die Vorteile dieses Schaltungsaufbaus liegen darin, daß entweder die Wicklung 13 oder die Wicklung 14 für ein relativ hohes oder gutes Ausgangssignal bei hoher Motorgeschwindigkeit und die andere Wicklung für ein gutes Ausgangssignal bei niederer Motorgeschwindigkeit ausgewählt werden kann. Dies führt zu einer gegenüber der Motorgeschwindigkeit aufgetragenen relativ flachen Kondensator-Spannungskurve. Jede

Wicklung steht in Verbindung mit ihren eigenen Aufladegleichrichtern, wodurch sich die Impedanz des Aufladekreises insbesondere für die Wicklung verringert, die für ein gutes Ausgangssignal bei hoher Motorgeschwindigkeit vorgesehen is·..

Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäße Zündschaltung die notwendige Energie für einen zuverlässigen Lauf bei niederer Geschwindigkeit und beim Starten eines Motors liefert, während genügend Energie für den Betrieb mit hohen Geschwindigkeiten vorhanden ist. Die Verwendung einer gemeinsamen

Schaltereinrichtung 18 und des Dioden-Steuerungsnetzwerkes zur Schaffung einer wechselseitigen Steuerung der Zündschaltkreise verringert trotz Vorliegen eines sicheren und zuverlässigen Schaltungsverhaltens die anfänglichen Kosten. Darüber hinaus führt die Verwendung eines gemeinsamen, sich drehenden Magnetes zur Bereitstellung der Energie in den Aufladespulen und den Steuerspulen nicht nur zu einem relativ kostengünstigen Aufbau, sondern schafft weiterhin eine Vorrichtung, die insbesondere für kleine Motoren geeignet ist, wo man die Höhenabmessung relativ gering halten möchte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zündschaltung zum Erzeugen von Zündfunken mittels Kondensatorentladung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einer Lade- und Steuersignale liefernden Wechselstromquelle, zwei Zündkondensatoren, denen jeweils eine Ladediode mit unterschiedlicher Polung in Reihe geschaltet ist, wobei diese Reihenschaltungen aus Ladediode und Zündkondensator parallel zur Wechselstromquelle geschaltet sind, sowie einem Paar von zu den Zündkondensatoren parallelgeschalteten Entladekreisen mit Zündtransformatoren, und einer thyristorgesteuerten Steuerschaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Zündkondensatoren (15, 16) gemeinsame Verbindung zwei unterschiedlich gepolte Entladedioden (22, 24) angeschlossen sind, zwischen deren den Zündkondensatoren (15,16) abgewandten Anschlüssen ein erster Thyristor (18) mit seiner Anoden-Kathodenstrecke geschaltet ist, und daß die Primärspulen (21,25) der Zündtransformatoren (9,12) parallel zu den aus Zündkondensator und Entladediode bestehenden Reihenschaltungen liegen.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle aus einem Wechselstromgenerator mit einer Ladewicklungseinheit (13, 14) und einer Steuerwicklungseinheit (17) besteht, und daß eine die Steuerwicklungseinheit (17) mit dem ersten Thyristor (18) verbindende Ansteuerschaltung vorgesehen ist.

3. Zündschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung aus einer Gleichrichteranordnung (38, 38a,) und einem damit verbundenen aus einem Kondensator und einem Widerstand bestehenden Stabilisierungsnetzwerk (40) besteht.

4. Zündschaltung nach einem der Ansprüche t bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen Wechselstromquelle und Ladekondensatoren ein Schalter (47) zum Verhindern des Aufladens der Kondensatoren (15,16) vorgesehen ist.

5. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Entlade-■Jcreis ein Steuerkondensator (46) verbunden ist, und daß ein zweiter, durch die Ansteuerschaltung steuerbarer Thyristor (42) vorgesehen ist, der den Steuerkondensator (46) mit der Steuerelektrode des ersten Thyristors (18) verbindet.