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Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator Die Erfindung
betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator, der
ein topfförmiges, von der Brennkraftmaschine angetriebenes, magnetisch leitendes
Polrad aufweist, an dessen Innenseite mehrere am Umfang verteilte Dauermagnete abwechselnder
Polarität angeordnet sind, die mit mindestens einem feststehenden Anker mit einer
Wicklung zur Erzeugung der Zündenergie wechselweise magnetisch gekoppelt sind, und
von denen mindestens einer zur Erzeugung eines Steuerimpulses im Zündzeitpunkt mit
einem Impulsgeber magnetisch gekoppelt ist, der mit der Steuerstrecke eines kontaktlos
steuerbaren Schaltelmentes im Hauptstromkreis der Zündanlage verbunden ist. 2
Bei
derartigen Zündanlagen wird das Magnetfeld des Polrades sowohl zur Erzeugung der
Zündenergie, der Energie für andere elektrische Verbraucher als auch zur Erzeugung
von Steuerimpulsen in einem Impulsgeber benutzt, so daß für diesen Impulsgeber keine
besonderen Dauermagnete benötigt werden, deren Magnetfeld unter Umständen das Magnetfeld
des umlaufenden Polrades und die damit gekoppelten Ankerwicklungen nachteilig beeinflußt.
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Es ist bei einer solchen Zündanlage bekannt, einen induktiven Impulsgeber
innerhalb des Polrades, z.B. auf einer Ankerplatte anzuordnen (DT-OS 20 33 484).
über axial gegeneinander versetzte Polschuhfahnen zweier benachbarter Magnetpole
des Polrades wird dabei im Impulsgeber zum Zündzeitpunkt ein Spannungsimpuls erzeugt.
Obwohl ein solcher Impulsgeber zufriedenstellend arbeitet, ist eine solche Lösung
aufwendig, da die Polschuhe mit den Fahnen sowie die Polschuhe ohne Fahnen jeweils
durch besondere Werkzeuge hergestellt werden müssen. Durch die Polschuhfahnen wird
zwischen den beiden benachbarten Magnetpolen eine Feldverzerrung erzeugt, die einerseits
zur Ansteuerung des Impulsgebers erforderlich ist, andererseits aber den magnetischen
Fluß in den übrigen Wicklungen des Mangetgenerators schwächt. Außerdem ist die Unterbringung
des Impulsgebers innerhalb des Polrades wegen Platzmangel bei kleinen Magnetgeneratoren,
bei Magnetgeneratoren mit einen sternförmigen Anker sowie bei solchen mit mehreren
Ankern schwierig.
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Bei einer anderen bekannten Lösung ist daher der Impulsgeber außerhalb
des Polrades angeordnet (DT-OS 20 59 346 )» Dieser Geber benötigt jedoch einen zusätzlichen
Steuermagneten, sowie ein Kraftlinienleitstück, welches außen am Umfang des Polrades
angebracht ist. Außerdem wird durch dieses Leitstück der Einbaudurchmesser für das
Polrad an der Brennkraftmaschine in unerwünschter Weise vergrößert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach
herzustellende Impulsgeberanordnung zu schaffen, die vom Magnetfeld des Polrades
gesteuert wird, die aber innerhalb des Polrades keinen Platz benötigt und außerhalb
des Polrades den Einbaudurchmesser unverändert läßt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Impulsgeber mindestens
ein magnetfeldabhängiges Bauelement aufweist, das außerhalb des Polrades fest angeordnet
ist und das bei umlaufendem Polrad in mindestens einer Position des Polrades mit
einem durch eine öffnung des Polrades austretenden, von einem der Dauermagneten
ausgehenden Streufeld gekoppelt ist. Dies ist in einfachster Weise zu realisieren,
indem die Öffnung des Polrades an der Rückseite eines radial magnetisierten Dauermagneten
liegt, wobei das magnetfeldabhängige Bauelement als Spule ausgebildet ist, unter
welche sich die öffnung bei umlaufendem Polrad hindurchbewegt. Auf diese Weise durchsetzt
der aus der Öffnung austretende Streufluß kurzzeitig die Wicklung des Impulsgebers
und induziert in ihr ein zur Ansteuerung des kontaktlosen Schaltelementes dienenden
Spannungsimpuls.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand zweier Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1
eine Zündanlage mit einem Magnetgenerator, dessen Impulsgeber außerhalb des Polrades
befestigt und von einem durch eine Öffnung aus dem Polrad austretenden Streufeld
zu beeinflussen ist, Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des mit der Spule des Impulsgebers
gekoppelten Streuflusses und der in ihr induzierten Steuerspannung, Fig. 3 zeigt
einen Ausbruch eines Magnet generators mit zwei Öffnungen am Polradumfang und
Fig.
3 zeigt einen Ausbruch eines Magnetgenerators mit zwei.
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Öffnungen am Polradumfang und Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf
des die Spule des Impulsgebers durchsetzenden Streuflusses sowie den Verlauf der
dadurch in ihr iduzierten Steuerspannung.
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In Fig. 1 ist das Schaltbild einer Zündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine
dargestellt, die von einem Magnetgenerator 10 versorgt wird. Der Magnetgenerator
10 besteht aus einem umlaufenden Polrad 11 und einer am nicht dargestellten Gehäuse
der Brennkraftmaschine befestigten Ankerplatte 12, die auf ihrer einen Hälfte einen
Ladeanker 13 und auf ihrer anderen Hälfte einen Lichtanker 14 trägt. Das Polrad
11 ist topfförmig ausgebildet und trägt am Innenumfang vier gleichmäßig verteilte,
abwechselnd gepolte Dauermagnete 15. Das Polrad 11 ist mit einer Nabe 16 auf der
nicht dargestellten Abtriebswelle der Brennkraftmaschine mittels einer Paßfeder
befestigt und wird über diese bei normaler Drehrichtung der Brennkraftmaschine in
Pfeilrichtung angetrieben. Die Dauermagnete 15 sind in Radialrichtung magnetisiert
und tragen jeweils einen Polschuh 17 für den Austritt bzw. Eintritt des Magnetfeldes.
Der Lichtanker 14 ist als Sehnenanker ausgebildet, dessen Eisenkern 14a die Lichtwicklung
14b trägt und dessen Enden jeweils den Polschuhen 17 zweier benachbarter und entgegengesetzt
gepolter Dauermagnete 15 gegenüberstehen. Die an der Lichtwicklung 14b anzuschließenden
Verbraucher sind nicht dargestellt. Der ebenfalls als Sehnenanker ausgebildete Ladeanker
13 trägt auf seinem Eisenkern 13a eine Ladewicklung13b, die mit ihrem einen Ende
auf Masse liegt und mit ihrem anderen Ende über eine Ladediode 18 mit-einem Anschluß
eines Zündkondensators 19 verbunden ist, dessen anderer Anschuß ebenfalls auf Masse
liegt. Dieser Stromkreis bildet den Ladestromkreis des Zündkondensators 19. Als
Endladestromkreis liegt parallel zum Zündkondensator 19 die Primärwicklung 20b eines
Zündtransformators 20 und ein dazu in Reihe geschalteter Thyristor 21, der kathodenseitig
auf Masse liegt. Die Sekundärwicklung 20b
des Zündtransformators
20 ist mit ihrem einen Ende mit der Primärwicklung 20a verbunden und mit ihrem anderen
Ende über ein Zündkabel 22 mit einer auf Masse liegenden Zündkerze 23 verbunden.
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Außerhalb des Polrades 11 ist an seinem Außenumfang ein Impulsgeber
24 am nicht dargestellten Motorgehäuse fest angebracht, dessen Spule 25 an die Steuerstrecke
des Thyristors 21 angeschlossen ist, indem sie mit ihrem einen Ende auf Masse liegt
und mit ihrem anderen Ende über eine Steuerleitung 26 mit der Steuerelektrode 21a
des Thyrsistors 21 verbunden ist. Da das aus Stahl hergestellte Polrad 11 für die
Dauermagnete 15 als magnetischer Rückschluß dient, kann sich das Magnetfeld der
Dauermagnete 15 nur innerhalb des Polrades 11 ausbilden. Um jedoch zu erreichen,
daß der Impulsgeber 24 von einem der Dauermagnete 15 zur Erzeugung eines Steuerimpulses
zum Zündzeitpunkt beeinflußt wird, ist an mindestens einer Stelle am Rücken des
Polrades 11 eine Öffnung 27 angebracht, durch welche ein von einem der Dauermagnete
15 ausgehender Streufluß § nach außen hin austritt. Sobald-sich diese öffnung 27
unter der Spule 25 des Impulsgebers 24 befindet, ist diese mit den aus der Öffnung
27 austretenden Streufluß {0 gekoppelt. Die Offnung 27 ist in Form einer Bohrung
an der Rückseite eines Dauermagneten 15 angeordnet. Die Spule 25 des Impulsgebers
24 ist in einem topfförmigen, magnetisch leitenden Gehäuse 28 angeordnet, das zum
Polrad 11 hin geöffnet ist. Das Gehäuse 28 ist im Durchmesser mindestens so groß
wie die unter ihm hindurchlaufende öffnung 27 des Polrades 11. Die Spule 25 ist
dabei innerhalb des Gehäuses 28 auf einen magnetisch leitenden Kern 28a angeordnet,
dessen Durchmesser kleiner als die öffnung 27 des Polrades il ist. Der Impulsgeber
24 ist hier mit einer Schraube 29 am Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt.
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Durch diese Dimensionierung des Impulsgebers 24 einerseits und der
Öffnung 27 andererseits ist es möglich, daß bei umlaufendeR Polrad 11 der durch
die Öffnung 27 austretende Streufluß ¢ nur kurzzeitig mit einem steilen Flußanstieg
und anschließendem steilen Flußabfall mit der Spule 25 des Impulsgebers 24 gekoppelt
ist.
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Die Wirkungsweise der Zündanlage ist derart, daß beim Umlaufen des
von der Brennkraftmaschine angetriebenen Polrades 11 in der Ladewicklung 13b des
Ladeankers 13 eine Wechselspannung induziert wird, deren positive Spannungshalbwellen
über die Ladediode 18 auf den Zündkondensator 19 gelangen und diesen Aufladen. Wie
Fig. 2 zeigt wird durch den kurzzeitig mit der Spule 25 des Impulsgebers 24 gekoppelten
Streufluß i' in dieser Spule 25 ein positiver und nachfolgend ein negativer Spannungsimpuls
Ui induziert, der über die Steuerleitung 26 auf die Steuerelektrode 21a des Thyristors
21 gelangt. Der Impulsgeber 24 ist so angeordnet, daß in seiner Spule 25 zum Zündzeitpunkt
Zzp der positive Spannungsimpuls erzeugt wird. Da dieser Impuls die Ansprechspannung
Ua der Steuerstrecke des Thyristors 21 übersteigt, wird dieser durch diesen Impuls
in den stromleitenden Zustand gesteuert, so daß sich nunmehr der Zündkondensator
19 über die Primärwicklung 20a des Zündtransformators 20 und der Hauptschaltstrecke
des mit ihr in Reihe geschalteten Thyristors 21 entladen kann. Der dabei in der
Primärwicklung 20a auftretende Stromstoß hat in der Sekundärwicklung 20b einen Hochspannungsimpuls
zur Folge, der über das Zündkabel 22 zur Funkenstrecke der Zündkerze 23 gelangt
und dort einen Zündfunken erzeugt. Nach den Abklingen des Stromstoßes in der Primärwicklung
20a sperrt der Thyristor 21 selbsttätig, so daß der Zündkondensator 19 nunmehr erneut
über die Ladediode 18 vom Ladeanker 13 her aufgeladen werden kann. Der gleiche Vorgang
wiederholt sich folglich mit jeder vollen Umdrehung des Polrades 11.
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In Fig. 3 ist ein Ausbruch eines Magnetgenerators 30 gezeigt, dessen
Polrad 31 in Weiterbildung der in Fig. 1 dargestellten Ausführung zwei in Umfangsrichtung
hintereinander angeordnete Bohrungen 32 und 33 versehen ist. Beide Bohrungen 32
und 33 haben verschiedene Durchmesser. Die Bohrung 32 mit dem kleineren Durchmesser
ist in der durch einen Pfeil angegebenen Drehrichtung des Polrades 11 vor der Bohrung
33 mit dem größeren Durchmesser angeordnet. Beide Bohrungen 32 und 33 liegen an
der Rückseite eines Dauermagneten 34. Dabei ist jeweils der innerhalb der-Bohrungen
32 und 33 liegende Bereich 34a des
Dauermagneten 34 zur Verstärkung
des Streuflusses {) ummagnetisiert. Die Nord und Südpolbereiche des Dauermagneten
34 sind durch eine gestrichelt eingezeichnete Linie erkennbar gemacht. Der Impulsgeber
24 ist gegenüber Fig. 1 unverändert ausgebildet.
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Die Bohrung 32 mit dem kleineren Durchmesser dient dem Zweck einer
sprunghaften Verstellung des Zündzeitpunktes beim über schreiten einer bestimmten
Drehzahl der Brennkraftmaschine. Die Erzielung dieser Zündzeitpunktverstellung soll
mit Hilfe der Fig. 4 näher erläutert werden. Bei in Pfeilrichtung umlauindem Polrad
31 gelangt zuerst die Bohrung 32 mit dem kleineren Durchmesser unter die Spule 25
des Impulsgebers. Durch ihr wird die spule 25 mit einem reTativ kleinen Streufluß
des Dauermagneten 34-kurzzeitig gekoppelt. Etwas später gelangt die Bohrung 33 mit
dem größeren Durchmesser unter die Spule 28 und koppelt diese kurzzeitig mit einem
etwa doppelt so starken Streufluß Durch den Flußanstieg und den anschließenden Flußabfall
werden jeweils positive und negative Spannungsimpulse Ui in der Spule 25 induziert.
Die Zündanlage ist so dimensioniert, daß beim Durchlaufen der ersten Bohrung 32
im unterem Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine relativ kleine Spannungsimpulse
induziert werden, von denen der positive Impuls die Anspruch spannung Ua des Thyristors
21 nicht erreicht. Der positive Impuls der Spannung Ui des Impulsgebers 24, der
beim Durchlaufen der zweiten Bohrung 33 mit dem größeren Durchmesser in der Spule
25 induziert wird, überschreitet jedoch im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine
bereits die Ansprechspannung Ua des Thyristors und schaltet diesen zum Zündzeitpunkt
Zzp in den stromleitendengZustand um und löst damit die Zündung aus. Da die Amplitude
der Spannungsimpulse Ui des Impulsgebers 24 angenähert proportional mit Drehzahl
der Brennkraftmaschine steigt, erreicht bei einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine
bereits der erste, von der Bohrung 32 im Impulsgeber 24 ausgelöste positive Impuls
die Ansprechspannung Ua des Thyristors 21.
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Der Zündzeitpunkt Zzp wird dadurch sprungartig um den Winkel? in Richtung
Frühzündung verstellt. Diese Maßnahme hat den Zweck,
im unteren
Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine eine möglichst abgasfreundliche Verbrennung
zu erreichen im oberen Drehzahlbereich jedoch einen möglichst guten Wirkungsgrad
der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
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Die Erfindung ist nicht auf die beiden in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann der Winkel 9 für die Verstellung des Zündzeitpunktes
durch den Abstand der beiden Bohrungen 32 und 33 verändert werden. Die Ummagnetisierung
des Dauermagneten 34 im Bereich der beiden Bohrungen 32 und 33 ist ebenfalls nicht
zwingend erforderlich. Außerdem können die beiden Bohrungen auch an der Rückseite
zweier benachbarter, entgegengesetzt gepolter Dauermagnete angeordnet sein. Dadurch
würde sich lediglich die Polarität der Steuerimpulse an einer der Bohrungen umkehren.
Erfindungswesentlich ist die Anbringung eines Öffnung im Polrad, durch die der Streufluß
eines Dauermagneten so austreten kann, daß er in einer bestimmten Position des Polrades
mit einem Magnetfeld abhängigen Bauelement des Impuls gebers gekoppelt ist. Die
Form der Öffnungen ist dabei nicht festgelegt.
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Sie muß nicht rund sein. Sie kann z.B. auch oval, rechteckig oder
dreieckig sein. An Stelle eines induktiven Impulsgebers kann dabei auch eine Feldplatte
oder ein Hallgenerator verwendet werden, welcher das erforderliche Steuersignal
zum Zündzeitpunkt erzeugt.
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Der Impulsgeber ist sowohl für Kondensator-Zündanlagen als auch für
Spulenzündanlagen geeignet. Bei einer Spulen-Zündanlage wird vorzugsweise ein im
Primärstromkreis der Zündanlage angeordneter Transistor zum Zündzeitpunkt durch
ein Steuersignal des Impulsgebers gesperrt und die Primärstrom-Unterbrechung bewirkt
die Erzeugung eines Hochspannungsimpulses in der Sekundärwicklung der Zündspule.
Ein Zündkondensator ist daher nicht;erforderlich,