DE2628509A1

DE2628509A1 - Kapazitaetsentladungs-zuendsystem, insbesondere fuer duesenmaschinen

Info

Publication number: DE2628509A1
Application number: DE19762628509
Authority: DE
Inventors: Irving E Linkroum
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-08-14
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-02-24
Also published as: FR2321207B1; IT1066819B; IL49809A; IL49809A0; US4027198A; DE2628509C2; GB1508093A; CA1062766A; JPS5567352U; FR2321207A1

Description

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D-8023 München-PulluoK, Ai.ener Str. 2, VeI. (0&9) 7 93 50 71; le.ex 5212147 bros d; Cables: «Patentibus» München

Ihr Zeichen. Tag: 22. JlUli 1976

Your «f.: Date: yl/Pz - 5353-A

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075» USA

Kapazitätsentladungs-Zündsystem, insbesondere für Düsenmaschinen.

Die Erfindung betrifft ein Kapazitätsentladungs-Zündsystem, welches besonders für Düsenmaschinen geeignet ist. Die Erfindung befaßt sich speziell mit der Leistungsfaktorkorrektur des Wechselstromeingangskreises eines Kapazitätsentladungs-Zündsystems.

Düsenmaschinen erfordern ein Zündsystem, welches kontinuierlich einen Funken (zwei pro Sekunde) an einer Zündkerze während des Betriebes der Düsenmaschine erzeugt. Der kontinuierliche Funke stellt sicher, daß der Brennstoff immer gezündet bleibt. Es stellt eine Forderung eines Zündsystems für eine Düsenmaschine dar, daß eine elektrische Entladung entsprechend einer bestimmten Energiemenge an der Kerze in der spezifizierten Folge

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auftritt, um dadurch die Verbrennung des Brennstoffes sicher zu stellen. Ein Grund, warum eine Verbrennung nicht auftritt, besteht daher darin, daß keine ausreichende elektrische Energie bei der elektrischen Entladung vorhanden ist, um die Verbrennung des Brennstoffes in der Düsenmaschine zu bewirken. Aufgrund von räumlichen Einschränkungen, Einschränkungen hinsichtlich Gewicht und der elektrischen Verdrahtung, begrenzen die Hersteller von Düsenmaschinen allgemein die Größe des Zündsystems als auch den Strom, der in einer Schaltung bei einem bestimmten Leistungsniveau fließen darf, welches bestimmte minimale Energiewerte erfordert. Die Einschränkungen hinsichtlich Raum und Gewicht sind offensichtlich erforderlich, da je mehr Gewicht einem Plugzeug hinzugefügt wird, um so größer die Maschine sein muß. Ähnlich muß, je größer der durch elektrische Leitungen fließende Strom ist, desto größer auch das Kabel sein und damit das Gewicht der Kabel.

Bestimmte Düsenmaschinen erfordern ein Kapazitätsentladungs-Zündsystem, welches neun Joules an Energie in einer Speicherkapazität speichern muß, während der Eingangswechselstrom zu einem Transformator in der Schaltung gleich oder kleiner sein muß als ein Ampere. Um den Wechselstrom in der Schaltung zu begrenzen, verwenden einige Transformatoren die induktive Entkopplung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung, um eine Eingangsgröße zum Zwecke der Begrenzung des Stromes in der Primärwicklung des Transformators vorzusehen. Der zuvor erwähnte Transformatortyp bewirkt auch einen nacheilenden Leistungsfaktor, d. h. der Strom erreicht seinen Spitzenwert,nachdem die Spannung ihren Spitzenwert erreicht hat. Bei dem zuvor erwähnten Systemtyp tritt daher ein verminderter Leistungsfaktor auf. Dies stellt jedoch einen Nachteil dar, da der für die Versorgung eines solchen Systems erforderliche Strom erhöht werden muß, um die gleiche Größe an Ausgangsleistung zu erzielen, wie ein System mit einem nacheilenden Leistungsfaktor. Dieses Problem führte / Suche nach einer Leistungsfaktor-Korrekturschaltung,

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durch die der Leistungsfaktor einer solchen Schaltung dadurch erhöht wird, indem die Nacheilung zwischen Stromspitze und Spannungsspitze vermindert wird. Die offensichtlichste Lösung der Korrektur eines Leistungsfaktors besteht darin, eine Kapazität an die Primärwicklung des Transformators anzuschließen. Der Wirkungsgrad von Kapazitäten mit niedriger Spannung (110 Volt) ist jedoch gering und in Situationen, bei welchen die Kapazitäten dafür ausgelegt sind, in einer hohen Umgebungstemperatur zu arbeiten, ist die Kapazität räumlich groß und ist daher hinsichtlich Größe und Gewicht für die Hersteller von Düsenmaschinen unakzeptabel.

Das hierbei auftretende spezielle Problem besteht darin, ein 110 Volt Eingangskapazitäts-Entladezündsystem zu schaffen, bei welchem in einer Kapazität neun.Joules an Energie gespeichert werden können und zwar jedesmal, wenn die Kapazität entladen wurde, wobei jedoch der Eihgangsstrom auf weniger als ein Ampere begrenzt werden muß. Da somit die Kapazität zweimal pro Sekunde geladen und entladen werden muß und da Größe und Gewicht minimal gehalten wenden müssen, stellt dies ein schwieriges Problem dar.

Die Erfindung schafft nun ein Kapazitätsentladungs-Zündsystem für Düsenmaschinen, bei welchem die Nacheilung zwischen Spannungsspitzen und Stromspitzen reduziert wird, so daß der Leistungsfaktor der Schaltung verbessert wird.

Das Kapazitätsentladungs-Zündsystem nach der Erfindung kennzeichnet sich durch eine Eingangsschaltung, die einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Tertiärwicklung enthält, die dicht gekoppelt sind, so daß eine Autotransformatorverbindung gebildet wird. Es wird dann eine Kapazität über die Primärwicklung und die Tertiärwicklung geschaltet, während die Stromversorgung am Eingang nur an die Primärwicklung angeschlossen wird. Es läßt sich daher für einen gegebenen Leistungsfaktor eine Kapazität verwenden, die hinsichtlich des Kapazitäts-

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wertes kleiner ist und auch hinsichtlicher der Größe kleiner ist als eine Kapazität in einer Schaltung ohne eine solche Tertiärwicklungsanordnung. Dadurch wird Raum und Gewicht gespart, während jedoch gleichzeitig die gewünschten Stromeingangs-Begrenzungen erreicht werden, die von den Herstellern der Düsenmaschinen gefordert werden. Es ist somit Ziel der vorliegenden Erfindung, den Leistungsfaktor des Wechselstromeingangs eines Kapazitätsentladungs-Zündsystems in einer Weise zu erhöhen, gemäß welcher ein maximaler Strom bei einem gewünschten Leistungsniveau unterhalb einem vorbestimmten Wert bleiben kann.

Auch ist es Ziel der Erfindung, ein verbessertes elektrisches System für die Erzeugung von Punkenentladungen zu schaffen.

Durch die vorliegende Erfindung soll auch ein Kapazitätsen&adungs-Zündsystem geschaffen werden, welches einen verbesserten Leistungsfaktor durch Hinzufügen einer Kapazität besitzt, die physikalisch kleiner ist, als man dies normalerweise erwartet.

Auch ist es -Aufgabe der Erfindung, den Nacheil-Leistungsfaktor in einem Wechselstromeingangskreis eines Kapazitätsentladungs-Zündsystems zu reduzieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Kapazitätsentladungs-Zündsystem mit den Merkmalen nach der Erfindung zeigt.

Das Zündsystem gemäß der einzigen Figur ist vom Kapazitätsentladungstyp und wird durch eine geeignete Wechselstromquelle 1 oder eine Quelle von unterbrochenem Gleichstrom erregt, die an die Eingangsanschlüsse A und B der Zündschaltung angeschlossen ist. Die Stromquelle ist an die Primärwicklung 11 eines Leistungstransformators 10 angeschlossen, der eine Tertiärwicklung 12 und eine Sekundärwicklung 13 besitzt. An die Primärwicklung

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und Tertiärwicklung 11 und 12 des Transformators 10 ist eine Kapazität 3 angeschaltet.

Normalerweise läßt sich der Leistungsfaktor bestimmter Transformatoren mit einem nacheilenden Leistungsfaktor dadurch korrigieren, indem man eine Kapazität an die Primärwicklung des Transformators anschließt. Der Eingangsspannungswert eines solchen Transformators liegt jedoch gewöhnlich bei 115 Volt und weiter sind Kapazitäten für geringe Spannung, die für einen Betrieb innerhalb einer Umgebung mit hohen Temperaturen ausgelegt sind, physikalisch groß. Bei der gezeigten Schaltung läßt sich der Leistungsfaktor durch eine Kapazität 3 mit geringer räumlicher Größe korrigieren. Die Größe der Kapazität hängt vom Wicklungsverhältnis zwischen der Primärwicklung 11 und der Tertiärwicklung 12 des Transformators ab. Es läßt sich daher in Fällen, wie beispielsweise im Falle eines Flugzeuges, bei welchen ein hoher Leistungsfaktor gefordert wird, jedoch wenig Raum zur Verfügung steht, ein hoher Leistungsfaktor durch den Transformator und die Kapazität realisieren, die in der einzigen Figur veranschaulicht sind. Es wurde festgestellt, daß dann, wenn die Tertiärwicklung 12 die gleiche Windungszahl wie die Primärwicklung 11 besitzt, die Kapazität 3 den gleichen Leistungsfaktor wie eine Kapazität in einer ähnlichen Schaltung erzeugt, in welcher die Kapazität an einen Transformator angeschlossen wurde, der nur eine Primärwicklung besitzt, mit der Ausnahme, daß eine solche Kapazität einen Kapazitätswert hat, der viermal so groß ist als der Kapazitätswert der Kapazität 3, die bei der gezeigten Schaltung verwendet werden kann. Die folgende Gleichung veranschaulicht den erwähnten Vorteil:

x -.

worin bedeuten:

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Nl = Zahl der Wicklungen der Primärwicklung 11; N2 = Zahl der Wicklungen der Tertiärwicklung 12;

X = die Zahl, durch die der Kapazitätswert einer Kapazität in einem Kapazitätsentladungs-Zündsystem mit einem Tertiärwicklungs-Transformator geteilt wird, um den Kapazitätswert einer Kapazität in der Schaltung nach der Erfindung zu erhalten, die die gleiche Größe elektrischer Energie an der Sekundärwicklung des Transformators in der erfindungsgemäßen Schaltung wie die andere Schaltung erzeugt.

Für einen gegebenen Leistungsfaktor läßt sich daher eine kleine Kapazität bei dieser Schaltung verwenden, was im Gegensatz zu einer Schaltung steht, bei welcher der Transformator nur eine Primärwicklung mit einer an die Primärwicklung angeschlossenen Kapazität besitzt. Demzufolge werden die Vorteile entsprechend einer Raumeinsparung und einer Gewichtseinsparung durch die vorliegende Erfindung voll realisiert.

Im primären Abschnitt der Schaltung ist ein Hochfrequenzfederkreis 2 vorhanden, um hochfrequentes Rauschen bzw. Störgrößen zu dämpfen, die innerhalb der Zündschaltung erzeugt werden und um dadurch eine Interferenz zu anderen Abschnitten der Schaltung hin zu vermeiden.

An die Sekundärwicklung 13 des Transformators 10 ist eine Spannungsverdopplerschaltung angeschlossen. Die Spannungsverdopplerschaltung enthält Dioden 21 und 22 und Kapazitäten 31 und 32. Die Kapazität 31 ist an die Wicklung 13 des Transformators über die Diode oder den Halbi/ellengleichrichter 22 angeschlossen, so daß die Kapazität 31 beim positiven Abschnitt eines Ladezyklusses geladen wird, während die Kapazität 32 beim negativen Abschnitt des Ladezyklusses geladen wird. Durch diese Anordnung wird eine Spannung an der Kapazität 31 und 32 erhalten, die das

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Doppelte der Spannung an der Sekundärwicklung 13 des Transformators 10 beträgt. Beide Kapazitäten 31 und 32 sind an eine Kapazität 50 angeschlossen, die einen relativ großen Kapazitätswert (zwei Mikrofarad) besitzt. Die Speicherkapazität 50 wird periodisch über eine impulsabsorbierende Last entladen, wie beispielsweise eine Zündkerze oder einen Zündspalt 90. Die Kapa-

zität 50 kann die Energie entsprechend 1/2 CV speichern; wobei V die Spannung an der Kapazität 50 ist. Die Dioden 21 und 22 können gegen eine Zerstörung geschützt werden und die Betriebslebensdauer derselben kann verlängert werden und ebenso lassen sich die geforderten Betriebsdaten dieser Dioden dadurch minimal halten, indem man einen Strombegrenzerwiderstand HO vorsieht. Eine Seite der Kapazität 50 ist mit einer gemeinsamen Masse oder Erde 4 verbunden. Es sei hervorgehoben, daß gewünschtenfalls alle Massepunkte oder Erdpunkte 4 durch einen gemeinsamen nicht geerdeten Leiter miteinander verbunden werden können. Die Eingangselektrode 6l des Steuerspaltes 60 ist mit der Hochspannungsseite der Hauptspeicherkapazität 50 verbunden; die Ausgangselektrode 62 des Steuerspaltes 60 ist mit einem Anschluß der Sekundärwicklung 82 eines nach oben transformierenden Transformators 80 (step-up) verbunden, während der andere Anschluß der Sekundärwicklung 82 mit der nicht geerdeten Elektrode der Zündkerze 90 verbunden ist.

über die Elektroden 61 und 62 des Steuerspaltes 60 ist eine Schaltung angeschlossen, die eine kleine Kapazität 70 (0,06 Mikrofarad) enthält und die in Reihe mit der Primärwicklung 8l. des Transformators 80 geschaltet ist. Ein Widerstand 71 vervollständigt den Pfad für die Aufladung der Kapazität 70 und schafft auch einen Pfad für die Entladung der Kapazität 50 für den Fall, daß die Zündkerze 90 keinen Funken erzeugt.

Die Entladeschaltung der Speicherkapazität 50 enthält folgende Einrichtungen: den Steuerspalt 60; den Widerstand 71; den Transformator 80; die Kapazität 70; und die Zündkerze oder die funken·

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erzeugende Kerze 90. Der Transformator 80 besitzt allgemein ein sehr hohes Wicklungsverhältnis, so daß dann, wenn die Kapazität 70 über die Primärwicklung 81 entladen wird, eine extrem hohe Spannung von ca. 15000 bis 20000 Volt der Sekundärwicklung 82 aufgedrückt wird und damit der Zündkerze 90. Die Zündkerze 90 enthSLt zwei Elektroden, über welche sich ein elektrischer Bogen entlad, wenn dies eingeleitet wird und welche die Energie von der Kapazität 50 empfängt und diese entlad, wenn eine Entladung über den Steuerspalt 60 stattfindet.

Da dieses Zündsystem ein zeitlich nicht gesteuertes Zündsystem darstellt (im Gegensatz zu dem zeitlich gesteuerten Zündsystem einer Kraftfahrzeugmaschine) stellt der Steuerspalt 60 eine Schaltervorrichtung dar, die selektiv leitend und nichtleitend gemacht wird. Der Steuerspalt 60 enthält zwei Elektroden, die so ausgelegt sind, daß sie durchschlagen, wenn an die Elektroden eine bestimmte Spannung angelegt wird. Jedesmal, wenn daher die Kapazität 50 diese vorbestimmte Spannung erreicht, so erfolgt ein Überschlag im Steuerspalt 60 und die in der Kapazität 50 gespeicherte Energie erhält die Möglichkeit, sich über den Steuerspalt 60 zu entladen.

Bei einer Ausführungsform der Kapazitätsentladungs-Zündschaltung transformiert der Leistungstransformator 10 die Versorgungsspannung hoch, (z. B. 400 Hz, 115 Volt) auf einen Wert von mehr als 1.400 Volt Spitze an der Sekundärwicklung 13 des Transformators. Jeder Halbzyklus oder Halbwelle der Versorgungsspannung wird durch die Dioden 21 und 22 gleich gerichtet, um jeweils die verdoppelnden Kapazitäten 31 und 32 zu laden. Die Spannung über den Kapazitäten 31 und 32 ist additiv und daher beträgt die Spannung, welche die Hauptspeicherkapazität 50 lad, mehr als 2.500 Volt Spitze.

Die Speicherkapazität 50 wird weiterhin aufgeladen, bis eine Spannung erreicht wird, die gleich ist der Durchbruchsspannung

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des Steuerspaltes 60. Sobald die Spannung über dem Steuerspalt 60 das Ionisationspotential (z. B. 3.550 Volt) überschreitet, ^; wird der Steuerspalt 60 leitend. Wenn dies auftritt, entlad sich die Triggerkapazitöt 70 über die Primärwicklung 81 des Transformators 80, was zu einer nach oben transformierten Spannung an der Sekundärwicklung 82 des Transformators 80 führt. Die nach oben transformierte Spannung liegt in der Größenordnung von 15 bis 20 Kilovolt, die ebenfalls der Zündkerze 90 aufgedrückt wird, um einen Funken im Spalt der Zündkerze 90 einzuleiten. Gleichzeitig mit der Einleitung des Funkens in dem Spalt der Zündkerze 90 wird die in der Speicherkapazität 50 vorhandene Energie über den Steuerspalt 60, die Sekundärwicklung 82 des Transformators 80 und über den Spalt in der Zündkerze 90 entladen. Diese von der großen Speicherkapazität 50 stammende Energie wird als "Nachfolge" (follow through) -Energie bezeichnet. Nachdem die Spannung über der Kapazität 50 auf einen niedrigen Wert abgefallen ist, fällt die Spannung an den Elektroden 6l und 62 des Steuerspaltes ab, so daß der Steuerspalt 60 entionisiert wird und nichtleitend wird (ausschaltet), so daß sich der Zyklus selbst wiederholen kann.

Obwohl nur ein einziges Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurde, so sei besonders darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern in spezifischen unterschiedlichen Schaltungen realisiert werden kann. Beispielsweise kann der Hauptspeicher oder die Speicherkapazität 50 durch eine andere Einrichtung als das Spannungsverdopplungssystem geladen werden. Beispielsweise kann diese Kapazität direkt von der Sekundärwicklung eines nach oben transformierenden Transformators geladen werden, der von einer Wechselstromquelle gespeist wird. Der Transformator kann auch von einer unterbrochenen Gleichstromquelle gespeist werden. Es lassen sich auch weitere Änderungen vornehmen, wie beispielsweise hinsichtlich der elektrischen Werte, die in der Beschreibung nur als Beispiel gewählt wurden und hinsichtlich der ver-

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wendeten Gleichrichtertypen, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Zusammenfassend schafft die Erfindung somit ein Kapazitätsentladungs-Zündsystem, v/elches insbesondere für Düsenmaschinen geeignet ist und welches einen relativ hohen Leistungsfaktor am Transformatoreingang besitzt, ohne daß dabei die Nenngröße von einem Amperestrom überschritten wird, die bei Düsen-Zündsystemen bei dem gewünschten Leistungswert gefordert wird. Ein speziell ausgelegter Leistungstransformator ist mit einer Kapazität versehen, die über die eng gekoppelten Primär- und Tertiärwicklungen angeschaltet ist.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.^Kapazitätsentladungs-Zündsystem, insbesondere für Düsenmaschinen, mit einem Transformator, der eine Primärwicklung zum Aufnehmen von Wechselstrom und eine Sekundärwicklung besitzt, weiter mit einer Speicherkapazität und einer Einrichtung zum Gleichrichten des Wechselstromes, der von der Sekundärwicklung des Transformators erhalten wird und welche den gleichgerichteten Strom der Speicherkapazität zuführt, und mit einer Einrichtung zum periodischen Entladen der in der Speicherkapazität enthaltenen elektrischen Energie mit einer Zündkerze, die auf Abstand angeordnete Elektroden besitzt, wobei die Zündkerze an den auf Abstand angeordneten Elektroden die Energie der Speicherkapazität empfängt und diese abbaut, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (10) eine Tertiärwicklung (12) in Reihe mit der Primärwicklung (11) besitzt und daß eine Korrekturkapazität (3) elektrisch über die Primärwicklung und Tertiärwicklung (11, 12) des Transformators (10) angeschlossen ist.

2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60, 70, 80) zum periodischen Entladen der in der Speicherkapazität (50) enthaltenen elektrischen Energie eine Schaltervorrichtung (60) enthält, die periodisch elektrisch leitend und elektrisch nichtleitend gemacht werden kann und daß die Schaltervorrichtung (60) die Entladung der Speicherkapazität (50) ermöglicht, wenn sie sich im leitenden Zustand befindet, und eine Entladung der Speicherkapazität (50) verhindert, wenn sie sich im nichtleitenden Zustand befindet.

3. Zündsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60, 70, 80) für die periodische Entladung der in der Speicherkapazität (50) gespeicherten Energie einen zweiten Transformator (80) umfaßt mit einer ersten und einer zweiten Wicklung (82, 8l), wobei die ernte Wicklung (82) elektrisch so

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geschaltet ist, daß sie den Entladestrom der Kapazität (50) empfängt, wenn die Schaltervorrichtung (60) leitend ist.

*J. Zündsystem nach den Ansprüchen 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die auf Abstand angeordneten Elektroden der Zündkerze (90) elektrisch in Reihe mit der ersten Wicklung (82) des zweiten Transformators (80) geschaltet sind, so daß dann, *renn die Speicherkapazität (50) über die erste Wicklung (82) entladen wird, eine elektrische Entladung der Energie zwischen den Elektroden der Zündkerze (90) stattfindet.