DE2647709C2

DE2647709C2 - Magnetkreisvorrichtung für ein elektronisches Zündsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2647709C2
Application number: DE2647709A
Authority: DE
Inventors: Hugh Charles Detroit Mich. Webber
Original assignee: Essex Group LLC
Current assignee: Essex Furukawa Magnet Wire USA LLC
Priority date: 1975-12-31
Filing date: 1976-10-21
Publication date: 1987-03-26
Also published as: CA1080794A; US4008701A; JPS5285646A; JPS6042356B2; FR2337262B1; DE2647709A1; FR2337262A1; IT1065529B; GB1521808A

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetkreisvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Es ist bekannt (US-PS 29 24 633, 31 95 043, 32 03 412, 32 41 538, 32 97 009, 33 73 729 und 35 87 549), statt der herkömmlichen Unterbrecherzündsysteme für Brennkraftmaschinen ein elektronisches Zündsystem zu benutzen, bei dem ein magnetisch betätigter Impuls- oder Hallgenerator zum Erzeugen von elektrischen Impulsen für die Zündvorrichtungen der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Bei allen elektronischen Zündsystemen, die solche magnetisch betätigten Impulsgeneratoren aufweisen, hängt die Amplitude der mit diesen Impulsgeneratoren erzeugten Impulse von der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses ab, dem der Impulsgenerator ausgesetzt ist. Bei niedrigen Drehzahlen, etwa beim Anlassen, ist die Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses gering, wodurch Zündimpulse kleiner Amplitude erzeugt werden, weshalb Mittel vorgesehen werden müssen, um solche Impulse zu verstärken. Bei höheren Drehzahlen ist es nicht nur notwendig, den Impulsgenerator Flußdichteänderungen auszusetzen, welche ausreichen, um Impulse geeigneter Höhe zu erzeugen, sondern es muß auch darauf geachtet werden, daß die für den Betrieb des Impulsgenerators richtige zeitliche Einstellung beibehalten wird. Die zeitliche Einstellung des Betriebes des Impulsgenerators wird gesteuert, indem der Impulsgenerator einem magnetischen Feld ausgesetzt und danach das magnetische Feld unterbrochen oder verringert wird, wodurch ein Impuls erzeugt wird. Hallgeneratoren sind hinsichtlich ihres Impulserzeugungsvermögens immer voneinander verschieden. Daher sind die Punkte auf der aufsteigenden und der abfallenden Flanke des Impulses, zwischen denen ein Hallgenerator leitend ist, selten, wenn überhaupt, die gleichen wie bei einem anderen Hallgenerator. Das zeitliche Einstellen des Betriebes des Impulsgenerators ist jedoch für den wirksamen Betrieb des Zündsystems und der Brennkraftmaschine kritisch.
Die vorgenannten Probleme hinsichtlich der Impulsamplitude und der zeitlichen Einstellung hängen direkt von der Flußdichte ab, d. h. die Flußdichte muß ausreichend sein, um den Impulsgenerator zu erregen, und die Flußdichte muß ausreichend verringert werden, wenn der Impulsgenerator gegen das Magnetfeld abgeschirmt wird, um den Impulsgenerator zu entregen. Es wäre jedoch nicht ausreichend, diese Probleme dadurch zu überwinden, daß einfach die Magnetfeldstärke erhöht wird, da es dann beim Unterbrechen des Magnetfeldes einen ausreichenden Restfluß geben kann, der entweder verhindert, daß der Hallgenerator entregt wird, oder die Punkte des Impulses, in denen der Hallgenerator entregt ist, verzerrt.
Eine Magnetkreisvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art ist in Verbindung mit einem Zündverteiler bekannt (DE-OS 25 01 197), bei dem ein induktiver Impulsgeber für das Öffnen und Schließen des Primärkreises einer Zündspule vorgesehen ist. Der erste Magnet erzeugt in dem Rahmen einen magnetischen Fluß, welcher durch das Steuerelement in Form eines Polrades schaltbar ist. Der Impulsgenerator ist eine Induktionsspule. Das Polrad ist Teil des magnetischen Flußpfades und kann mit seinen Polen einen Spalt zwischen zwei diametral gegenüberliegenden Polen periodisch verkleinern. Für diesen induktiven Impulsgeber ist das Vergrößern und Verkleinern des Spalts zwischen dem Polrad und den Magnetpolen ausreichend. Es wäre nicht ausreichend, wenn als magnetisch gesteuerter Impulsgenerator ein Hallgenerator benutzt würde. Bei der Verwendung von Hallgeneratoren muß wie vorstehend dargelegt eine ausreichende Differenz zwischen der Flußdichte, die zum Erregen des Hallgenerators nötig ist, und der Flußdichte, die zum Entregen des Hallgenerators nötig ist, vorhanden sein. Diese Flußdichtedifferenz wäre bei diesem bekannten Zündverteiler zu klein, als daß ein Hallgenerator benutzt werden könnte.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Magnetkreisvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß beim Umschalten des Flußpfades des ersten Magneten durch das Steuerelement der Impulsgenerator zwischen seiner Erregung und Entregung einer größeren Differenz der magnetischen Flußdichte ausgesetzt ist, damit als Impulsgenertor ein Hallgenerator eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der Magnetkreisvorrichtung nach der Erfindung dient der zweite Magnet zur Unterdrückung von Streufeldern, die von dem ersten Magnet herrühren, wenn das Steuerelement durch den Spalt hindurchgeht und den Hallgenerator gegen den ersten Magneten abschirmt. Auf diese Weise wird der Restfluß des ersten Magneten bei durch das Steuerelement unterbrochenem Flußpfad so weit verringert, daß eine ausreichende Flußdifferenz zur Verfügung steht und somit eine saubere Schaltfolge erreicht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
In der Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 5 und 6 ist die magnetische Flußdichte des zweiten Magneten so gewählt, daß sie eine geringe Auswirkung auf den Impulsgenerator hat, wenn dieser dem Fluß des ersten Magneten ausgesetzt ist, daß sie aber den Restfluß aufgrund des ersten Magneten verringert, wenn der Flußpfad unterbrochen ist, wodurch die ausreichende Flußdifferenz geschaffen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 in Draufsicht eine Magnetkreisvorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte Teildraufsicht der Magnetkreisvorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 2, und
Fig. 5 eine Seitenansicht der Magnetkreisvorrichtung.
Die in der Zeichnung dargestellte Magnetkreisvorrichtung weist einen als einstückiges, im Querschnitt U-förmiges Teil ausgebildeten Rahmens 1 auf, der aus magnetisch permeablem Material besteht und zwei Schenkel 2, 3 hat, die durch einen Steg 4 miteinander verbunden sind. An dem Schenkel 2 ist ein erster Magnet 5 in Form eines Permanentmagneten befestigt, der in Richtung einer Polfläche 6 konisch zuläuft. Die konsiche Form des ersten Magneten 5 dient zum Konzentrieren des Flusses an der Polfläche 6. Der Rahmen 1 und der erste Magnet 5 bilden einen magnetischen Flußpfad, der einen einzelnen Luftspalt aufweist.
Eine Leiterplatte 7 ist an dem Schenkel 3 des Rahmens 1 mittels Nieten 8 und 9 festgemacht. Die Leiterplatte 7 trägt auf ihrer Außenseite elektrische Leiter, welche mit isolierten elektrischen Anschlußleitungen 10 elektrisch verbunden sind. Die Leiter der Leiterplatte 7 sind außerdem an elektrisch leitende Teile 11, 12, 13 und 14 angeschlossen, welche sich durch Öffnungen 15 und 16 in dem Schenkel 3 des Rahmens 1 erstrecken und als elektrische Vebindungen sowie als Halter für einen als Impulsgenerator vorgesehenen Hallgenerator 17 dienen. Der Hallgenerator 17 liegt der Polfläche 6 des ersten Magneten 5 gegenüber, ist jedoch von dieser durch einen Spalt 18 getrennt. Der Hallgenerator 17 ist auch von dem Schenkel 3 des Rahmens 1 getrennt, und der Schenkel 3 ist mit einer Öffnung 19 versehen, die an der Außenseite des Schenkels 3 durch die Leiterplatte 7 verschlossen ist.
In dem Raum zwischen der Leiterplatte 7 und dem Hallgenerator 17 ist ein zweiter Magnet 20 angeordnet, welcher die Öffnung 19 ausfüllt und in dieser magnetisch festgehalten ist. Die Magnete 5 und 20 sind so angeordnet, daß ihre Polaritäten einander entgegengesetzt sind. Die gegenüberliegenden Flächen der Magnete 5 und 20 sind im wesentlichen gleich groß, aber die Magnetfeldstärke des zweiten Magneten 20 ist wesentlich kleiner als die Magnetfeldstärke des ersten Magneten 5.
Die hier beschriebene Magnetkreisvorrichtung ist zur Verwendung in dem elektronischen Zündsystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Brennkraftmaschine hat eine angetriebene Welle 21, die mit einem magnetisch permeablen Steuerelement in Form eines Rotors 22 verbunden ist. Der Rotor 22 ist becherförmig und hat einen ebenen Boden 23 und eine nach unten vorstehende Wand 24, welche mit in gleichem Abstand voneinander angeordneten Schlitzen versehen ist, welche die Wand in mehrere gleichförmige Finger 26 unterteilen, wobei jeweils ein Finger für jede Zündkerze oder andere Zündvorrichtung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Der Rahmen 1 ist auf einer Platte 27 mittels Schrauben 28 befestigt, welche durch Öffnungen 29 in dem Steg 4 des Rahmens hindurchgehen. Die Platte 27 ähnelt der Platte, auf der die Unterbrecherkontakte üblicher Zündsysteme von Brennkraftmaschinen aufgebaut sind, und ist in ihrer Winkelstellung mit Hilfe einer Einstellvorrichtung 30 verstellbar. Der Rahmen 1 ist so auf der Platte 27 montiert, daß durch die Drehung des Rotors 22 die Finger 26 nacheinander durch den Spalt 18 zwischen der Polfläche 6 des ersten Magneten 5 und dem Hallgenerator 17 hindurchgeführt werden.
Wenn die Magnetkreisvorrichtung auf die in Fig. 1 dargestellte Weise montiert it, wird der Betrieb der Brennkraftmaschine sowohl während des Anlassens als auch während des normalen Betriebes die Drehung der Welle 21 und des Rotors 22 bewirken. Jedesmal dann, wenn einer der Schlitze, die den Abstand 25 zwischen zwei nebeneinanderliegenden Fingern 26 festlegen, durch den Spalt 18 hindurchgeht, wird der Hallgenerator 17 dem magnetischen Fluß des ersten Magneten 5 ausgesetzt. Jedesmal dann, wenn einer der Finger 26 den Spalt 18 ausfüllt, ist aber der Hallgenerator 17 gegen den magnetischen Fluß des ersten Magneten abgeschirmt, d. h. das magnetische Feld ist unterbrochen. Das aufeinanderfolgende Freigeben und Abschirmen des magnetischen Flusses bewirkt, daß der Hallgenertor 17 aufeinanderfolgend erregt und entregt wird, wodurch der Hallgenerator aufeinanderfolgende elektrische Impulse erzeugen kann, welche über die Anschlußleitungen 10 zum Zündsystem der Brennkraftmaschine zugeführt werden.
Der erste Magnet 5 ist absichtlich so gewählt, daß seine Flußdichte mehr als ausreichend ist, damit der Hallgenerator 17 einen Impuls geeigneter Stärke und Dauer erzeugt. So kann z. B. die Flußdichte des ersten Magneten 5 an dessen Polfläche 1500-2000 Gauß betragen. Ein Finger 26 des Rotors 22 könnte kaum den Hallgenerator 17 vollständig gegen eine so starke Flußdichte abschirmen. Vielmehr würde der Hallgenerator 17 normalerweise Einer bestimmten Restflußdichte ausgesetzt bleiben, wodurch die Flußdichtedifferenz zwischen den Zeitpunkten, in denen der Hallgenerator der Flußdichte ausgesetzt bzw. gegen diese abgeschirmt ist, verringert würde. Die Verringerung der Flußdichtedifferenz wäre nachteilig, weil sie nicht nur die Amplitude des erzeugten Impulses beeinträchtigen, sondern sich auch negativ auf die zeitliche Einstellung zwischen der Erregung und der Entregung des Hallgenerators auswirken würde.
In der dargestellten Ausführungsform bleiben die Vorteile des relativ starken ersten Magneten ohne negativen Einfluß auf die Flußdichtedifferenz erhalten, und zwar mit Hilfe des zweiten Magneten 20, welcher wie erwähnt eine Polarität hat, die zu der des ersten Magneten 5 entgegengesetzt ist. Die entgegengesetzten Polaritäten der beiden Magnete 5, 20 ermöglichen zusammen mit deren Anordnung auf entgegengesetzten Seiten des Hallgenerators 17, die Wirkungen des Restflusses, dem der Hallgenerator 17 ausgesetzt ist, weitgehend aufzuheben. Gleichzeitig hat jedoch das magnetische Feld des zweiten Magneten 20wenig Auswirkung auf das magnetische Feld des ersten Magneten 5, wenn der Hallgenerator 17 nicht abgeschirmt ist, weil der erste Magnet 5 eine hohe Magnetfeldstärke hat. Infolgedessen haben die Impulse, die durch den Hallgenerator 17 erzeugt werden, eine ausreichende Amplitude, und die Flußdifferenz zwischen den Zeitpunkten, in denen der Hallgenerator durch die Finger 26 abgeschirmt bzw. unabgeschirmt ist, ist groß genug, um eine gleichförmige zeitliche Einstellung zwischen Erregung und Entregung des Hallgenerators 17 zu erreichen.
Die Magnetfeldstärke des ersten Magneten 5 ist zu dem Abstand 25 zwischen nebeneinanderliegenden Fingern 26 umgekehrt proportional. Die relativen Feldstärken des ersten und des zweiten Magneten werden unter Berücksichtigung einer Anzahl von Faktoren, wie etwa der Breite des Spalts 18, der Breite der Schlitze zwischen nebeneinanderliegenden Fingern 26 und ob der Spalt 18 ein einfacher Luftspalt im magnetischen Kreis ist oder ob ein zusätzlicher Spalt im Flußpfad besteht, ausgewählt. Für eine gegebene Zusammenstellung von Umständen, die diese Faktoren einschließen, können die relativen Feldstärken der Magnete empirisch bestimmt werden. In einer typischen Magnetkreisvorrichtung mit dem hier beschriebenen Aufbau und einer Breite des Spalts 18 von ungefähr 2,5 mm und einer Breite jedes Schlitzes von ungefähr 5,1 mm können ausgezeichnete Resultate erzielt werden, wenn der erste Magnet 5 eine Flußdichte an seiner Polfläche 6 von etwa 2000 Gauß hat und diese ungfähr das Zehnfache der Flußdichte an der Polfläche des zweiten Mangeten 20 ist, der dem Hallgenerator 17 gegenüberliegt, wobei die Flußdichten der Magnete gemessen werden, wenn beide im magnetischen Kreis angeordnet sind.
Wie eingangs erwähnt, hat jeder Hallgenerator fast immer elektrische Eigenschaften, die etwas von denen eines anderen Hallgenerators abweichen. Somit kann es notwendig sein, die relativen Feldstärken des ersten und des zweiten Magneten einzustellen, wenn Impulse, die von verschiedenen Hallgeneratoren erzeugt werden, optimiert werden sollen. Für eine solche Einstellung gibt es zwei Möglichkeiten. So kann z. B. der zweite Magnet, welcher einem gegebenen Hallgenerator zugeordnet ist, durch einen anderen zweiten Magneten ersetzt werden, der eine größere oder eine kleinere Magnetfeldstärke hat. Ob die Magnetfeldstärke vergrößert oder verkleinert werden soll, kann aus einer Analyse der von einem solchen Hallgenerator erzeugten Impulse bestimmt werden. Andererseits kann die Feldstärke des zweiten Magneten durch Vergrößern oder Verkleinern seiner Magnetfeldstärke mittels bekannter Magnetisierungs- und Entmagnetisierungstechniken verändert werden. In beiden Fällen ist die Einstellung recht einfach und kann in einer Prüfstation während der Herstellung der Magnetkreisvorrichtung erfolgen.

Claims

1. Magnetkreisvorrichtung für ein elektronisches Zündsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem magnetisch permeablen Rahmen (1), mit einem darauf angeordneten ersten Magneten (5), der in Zusammenwirkung mit dem Rahmen einen magnetischen Flußpfad erzeugt, welcher durch ein magnetisch permeables Steuerelement (22) schaltbar ist, und mit einem Impulsgenerator (17), der in dem Flußpfad des ersten Magneten (5) angeordnet ist und zur Erzeugung elektrischer Impulse auf Änderungen der magnetischen Flußdichte anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Magnet (20) auf dem Rahmen (1) mit Abstand von und gegenüber dem ersten Magneten (5) angeordnet ist und mit seinem magnetischen Fluß dem magnetischen Fluß des ersten Magneten entgegenwirkt und daß der als Hallgenerator (17) ausgebildete Impulsgenerator zwischen dem ersten und dem zweiten Magnet (5, 20) in dem von dem ersten Magnet (5) erzeugten Flußpfad angeordnet und von dem ersten Magnet (5) durch einen Spalt (18) getrennt ist, der ausreichend breit ist, damit das Steuerelement (22) zur Änderung der auf den Hallgenerator (17) einwirkenden magnetischen Flußdichte durch den Spalt (18) hindurchführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnet (20) ein Permanentmagnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) ein einstückiges, im Querschnitt U- förmiges Teil ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Flußpfad (2, 3, 4) ohne Unterbrechung von dem ersten Magnet (5) zu dem zweiten Magnet (20) führt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Flußdichte des ersten Magneten (5) größer ist als die magnetische Flußdichte des zweiten Magneten (20).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Flußdichte des ersten Magneten (5) rund zehnmal größer ist als die magnetische Flußdichte des zweiten Magneten (20).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Magnet (5) und der zweite Magnet ( 20) einander gegenüberliegende Polflächen von im wesentlichen gleicher Größe haben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Magnet (5) ein in Richtung seiner Polfläche (6) konisch zulaufender Körper ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Flußdichte des ersten Magneten (5) umgekehrt proportional zu dem Abstand (25) zwischen Fingern (26) des Steuerelements (22) ist, die nacheinander durch den Spalt (18) hindurchführbar sind.