DE2647792C3

DE2647792C3 - Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2647792C3
Application number: DE2647792A
Authority: DE
Inventors: Peter A. Sterling Heights Mich. Hochstein (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-05
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1980-04-30
Also published as: US4095564A; CA1069169A; FR2330877B1; DE2647792B2; FR2330877A1; JPS5259230A; IT1075180B; JPS5732735B2; DE2647792A1; GB1540929A

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit zwei sich relativ zueinander bewegenden und eine Brennkammer bildenden Teilen, bei der an dem einen Teil eine Zündvorrichtung angeordnet ist, die in Abhängigkeit von einer nicht an

is .jem einen Teil angeordneten Zündenergie-Generatoreinrichtung Zündfunken in der Brennkammer erzeugt wenn die Zündvorrichtung in einer vorbestimmten Stellung beider Teile zueinander mit der Generatoreinrichtung verbunden und die Brennkammer gebildet ist und bei der die Zündvorrichtung eine Zündkerze umfaßt Bei bekannten Zündeinrichtungen dieser Art (DE-OS 24 14 589) umfaßt die Zündenergie-Generatoreinrichtung im allgemeinen eine Zündspule, die nicht unbedingt an einem Teil der Brennkraftmaschine

'⁵ angeordnet sein muß, sondern beliebig im Motorraum eines Kraftfahrzeuges befestigt sein kann. Der Zündvorrichtung wird die urforderliche Spannung von der Generatoreinrichtung über ein Verteilerstück, ein Kabel und ein Kontakt zugeführt Es besteht somit im Augenblick des Zündens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Zündenergie-Generatoreinrichtung und der Zündkerze der Zündvorrichtung. Diese elektrisch leitende Verbindung wirkt sich bei bekannten Zündeinrichtungen nachteilig aus, da sie einem Ver schleiß unterworfen ist durch den nicht nur der Zündzeitpunkt sondern auch die Funkendauer verändert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündeinrichtung zu schaffen, dit ohne elektrisch leitende Verbindung wirkt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Generatoreinrichtung an dem anderen Teil angeordnet ist und einen magnetischen Wechselfluß unabhängig von der relativen Bewegung zwischen den beiden Teilen erzeugt und daß die Zündvorrichtung in Abhängigkeit von dem magnetischen Wechselfluß Zündkerzen erzeugt, wenn sie in der besagten vorbestimmten Stellung beider Teile zueinander durch den magnetischen Wechselfluß mit der Generatoreinrichtung gekoppelt ist.

Bei einer derartigen Anordnung ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Generatoreinrichtung und der Zündvorrichtung nicht erforderlich. Anstelle des Zündstromerzeugers und einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen diesem und der Zündeinrichtung ist eine Generatoreinrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Wechselflusses unabhängig von der relativen Bewegung zwischen beiden Teilen der Brennkraftmaschine direkt ?uf dem anderen Teil angeordnet und der Zündfunke ensteht nicht dann, wenn eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Generatoreinrichtung und der Zündvorrichtung hergestellt ist, sondern vielmehr dann, wenn die Generatoreinrichtung durch den magnetischen Wechselfluß mit der Zündvorrichtung gekuppelt ist und der magnetische

hi Wechselfluß selbst den Zündfunken erzeugt.

Bei Drehkolben-Brennkriiftnuisehinen ist es besonders schwierig, die zum Erzeugen des Zündfunkens an der Zütidker/i· erforderliche Hochspannung zur Zünd-

kerze zu führen, wenn diese am Drehkolben angeordnet ist. Separate Hochspannungsschleifringe und Schleifkontakte mußten für jede Zündkerze vorgesehen werden, um ein gleichzeitiges Zünden aller Zündkerzen zu verhindern. In diesem Falle macht der Zündzeitpunkt einen äußeren Zündverteiler und einen mechanischen Frühzündmechanismus auf «:inem Hochspannungskommutator erforderlich, wobei unüberwindliche Schwierigkeiten bei der ί !ochspannungsisolation und Verteilung die wirksame Übertragung der Zündspannung zum Rotor praktisch verhindern. Aus diesem Grunde ist bis heute noch keine erfolgreiche Anordnung von Zündkerzen am Drehkolben gefunden worden. Nach einem die Erfindung weiter ausbildenden Merkmal ist die Generatoreinrichtung vom Gehäuse der Drehkolben-Brennkraftmaschine getragen und die Zündvorrichtung ist am Drehkolben selbst angeordnet Durch diese Anordnung werden die vorbeschriebenen Nachteile, die durch die Verwendung von Hochspannung und die elektrisch leitende Verbindung auftreten, beseitigt. Darüber hinaus ist die Verwendung von Verteuern oder mechanischen Einrichtungen zum Bestimmen des Zündzettpunktes nicht mehr erforderlich, wobei dennoch eine Zünddauer von bis zu 90° der Kurbelwellendrehung ermöglicht wird.

Über die genannten Merkmale hinausgehende Einzelheiten zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung weiter ausbildende Merkmale werden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung dargestellt ist In dieser Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt eines Wankelmotorkolbengehäuses, aus dem die Lage des Drehkolbens im Trochoidengehäuse und die Anordnung der Zündeinrichtung im Kolben ersichtlich ist;

F i g. 2 eine perspektivische Teilansicht einer Kante des dreieckigen Drehkolbens und der oberen Abdeckplatte des Gehäuses, aus der die Anordnung der primären Transformator-Kernhälfte und deren Primärwindung am Gehäuse und die sekundäre Trunsformator-Kernhälfte sowie deren Sekundärwindung im Drehkolben in genauer Flucht zur Magnetflußkopplung am oberen Totpunkt ersichtlich sind;

F i g. 3 einen Teilquerschnitt eines Wankelmotors, aus dem eine Zündkerze mit Links- und Rechtsgewinden und einem Werkzeug zum Herausschrauben der Zündkerze aus dem Drehkolben durch den Auslaßkanal des Wankelmotors ersichtlich ist;

F i g. 4 ein Blockschaltbild, das die induktive Zündeinrichtung gemäß der Erfindung mit einer ersten und einer zweiten Spule in genaue Ausrichtung für die Magnetflußkopplung und die zweite Spule um 180° vom oberen Totpunkt versetzt veranschaulicht und

F i g. 5 grafische Darstellungen des Logarithmus der Spannung, die in einer Sekundärwindung als Funktion der Winkelgrade der Kurbelwellendrehung des Drehkolbens im Gehäuse induziert wird.

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine ^b0 Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und insbesondere für eine Drehkolbenbrennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfaßt ein erstes und ein zweites Teil, die zusammen eine Brennkammer bilden und die sich in wiederholenden Zyklen relativ zueinander < >: bewegen. Das zweite Teil ist ein dreieckiger Drehkolben, der als Ganzes mit 2 bezeichnet ist und das erste Teil ist ein Gehäuse, das als Ganzes mit 4 bezeichnet ist dessen Innenquerschnitt von epitrochoider Form ist Der dreieckige Kolben 2 und das Gehäuse 4 bilden eine Brennkammer 6 und bewegen sich in sich wiederholenden Zyklen relativ zueinander. Die Brennkammer 6 ist also zwischen einer ersten und einer zweiten Kante 8 des dreieckigen Kolbens 2 und einem vorbestimmten Bereich des Gehäuses 4 gebildet wie dies F i g. 1 zeigt, in der der dreieckige Kolben 2 eines Wankelmotors in der oberen Totpunktstellung veranschaulicht ist in der eine maximale Gemischkompression erreicht ist Die Brennkammer 6 ist ferner durch die untere Abdeckplatte 10 des Gehäuses 4 und die obere Abdeckplatte 12 des Gehäuses 4, du; in F i g. 1 nicht dargestellt, jedoch in F i g. 2 angedeutet ist, begrenzt.

Die Zündeinrichtung umfaßt eine Generatoreinrichtung 14 in F i g. 4, die an dem Gehäuse 4 zur Erzeugung eines Magnetflusses angebracht sein kann, und eine Zündvorrichtung die von der Generatoreinrichtung 14 abhängig ist. Die Zündvorrichtung umfaßt eine zweite Spule, wie die sekundäre Transforma: ·.;.-Kernhälfte, die ais Ganzes mit 16 bezeichnet ist und der :n sekundäre Wicklung 18, die elektrisch mit einer Zündkerze verbunden ist die mit 20 bezeichnet ist Die Zündvorrichtung ist am dreieckigen Kolben 2 angeordnet, wie in dem hoMen dreieckigen Kolben 2, und ist von der Generatoreinrichtung 14 abhängig, wenn die Zündvorrichtung während eines vorbestimmten Bereiches der Drehbewegung zwischen dem dreieckigen Kolben 2 und dem Gehäuse 4, beispielsweise am oberen Totpunkt, durch den Magnetfluß magnetisch mit der Generatoreinrichtung 14 gekoppelt ist. Am oberen Totpunkt ist die Brennkammer 6 gebildet und die Zündvorrichtung schafft ein Zündsignal, beispielsweise einen 30 000 Volt- Funken in der Brennkammer 6.

Die Generatoreinrichtung 14 umfaßt eine erste Spule, die als Ganzes mit 22 bezeichnet ist und die eine primäre Transformator-Hälfte 24 und deren Primärwicklung 25 umfaßt. Die erste Spule 22 und die zweite Üpule befinden sich während eines vorbestimmten Bereiches der Drehbewegung zwischen dem dreieckigen Kolben 2 und dem Gehäuse 4, nämlich dann, wenn die Brennkammer 6 gebildet ist, in genauer Ausrichtung miteinander. In anderen Worten: solange wie die Flächen 28 der primären Transformator-Kernhälfte 24 der ersten Spule 22 einen Bereich der Flächen 32 der sekundären Transformator-Kernhälfte 16 überlappen, wird die erste Spule 22 zur Magnetkopplung mit der zweiten Spule fluchten. Die erste Spule 22 und die zweite Spule sind so im Gehäuse 4 und im Drehkolben 2 ausgebildet, daß sie sich in genauer Ausrichtung für eine Magnetflußkopplung während der Zeit befinden, in der die Drehbewegung zwischen dem dreieckigen Kolben 2 und drm Gehäuse 4 die Bildung der Brennkammer 6 bewirkt hat

Wie der F i g. 4 entnommen werden kann, umfaßt die Generatoreinrichtung 14 einen Oszillator, beispielsweise einen torgesteuerten Hochfrequenz-Leistungs-Oszillator 34. Der Oszillator 34 ist torgesteuert und schwingt mit etwa 25 kHz und erregt die erste Spule 22, in den etwa 30 000 Volt (Spitzenspannung) zugeführt wird, um einen Magnetfluß am oberen Totpunkt zu erzeugen und die erste SpUe 22 mit der zweiten Spule magnetisch zu koppeln. Die Zündkerze 20, die so angeordnet ist, daß sie in der Brennkammer 6 liegt, ist elektrisch mit der zweiten Spule verbunden, um einen Funken in der Brennkammer 6 zu erzeugen.

Eine Bezugseinrichtung, beispielsweise die Geberspule 35. schafft ein Bezuessienal. zum BeisDiel einen

Bezugs- oder Triggerimpuls, wenn der dreieckige Kolben 2 sich in einer vorbestimmten Stellung relativ zum Gehäuse befindet, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist, nämlich 30° vor dem oberen Totpunkt. Es wird darauf hingewiesen, daß Fig. 5 nur den Bezugsimpuls zum Zünden einer Zündkerze veranschaulicht. Der Bezugsimpuls wird von der Geberspule 35 ausgestrahlt, die um 180° versetzt vordem mit B.T.D.C. bezeichneten Punkt in Fig.5 der Zeichnung angeordnet ist, wenn der an einem Schwungrad 37 angeordnete Magnet 36 an der Geberspule 35 vorbeiläuft, um einen Strom in der Geberspule 35 zu induzieren. Da der Wankelmotor drei Kolben umfaßt, läuft das Schwungrad 37 mit dreifacher Geschwindigkeit des dreieckigen Kolbens 2 und, wie Fig.4 zeigt, die den dreieckigen Kolben 2 in der Totpunktstellung veranschaulicht, hat sich der Magnet 36 um 90° von der Geberspule 35 wegbewegt.

Die Genaratoreinrichtung 14 umfaßt ferner eine auf die Triggerimpulse ansprechende Steuereinrichtung 40. Die Steuereinrichtung 40 steuert den Leistungsoszillator 34, der seinerseits die erste Spule 22 in Abhängigkeit von dem Triggerimpuls erregt. Der Triggerimpuls wird verstärkt und durch den Triggerkreis 41 umgeformt, um in die Form gebracht zu werden, die zur Steuerung des Leistungsoszillators 34 erforderlich ist.

Die Steuereinrichtung umfaßt ferner programmierbare Verzögerungseinrichtungen, beispielsweise den programmierbaren Verzögerungsgenerator 43 zum Verzögern der Erregung der ersten Spule 22 um eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Auftreten des Bezugsimpulses, beispielsweise bis der dreieckige Kolben 2 in der oberen Totpunktstellung ist, wie F i g. 4 zeigt An diesem Punkt wird die erste Spule 22 sich in genauer Ausrichtung mit der zweiten Spule zur Magnetflußkopplung befinden.

Die Steuereinrichtung 40 umfaßt ferner Tasteinrichtungen, wie beispielsweise den Tachometerkreis 42 zum Abtasten der Frequenz, wenn der dreieckige Kolben sjch 30° vor dem oberen Totpunkt befindet und zum Ändern des vorbestimmten Zeitabschnittes in Abhängigkeit von einer Änderung der Frequenz durch Programmieren des Verzögerungsgenerators 43 zum Verzögern des Triggerimpulses. Der Tachometerkreis

42 programmiert die Frühzündungscharakteristik des Zündsystems in fast der gleichen Weise, wie die Zentrifugal- und Vakuumverstellung bei üblichen Zündeinrichtungen bewirken. Beispielsweise programmiert der Tachometerkreis 42 bei geringer Maschinengeschwindigkeit den Verzögerungsgenerator 43 derart, daß der Triggerimp-.ls um einen größeren Zeitabschnitt verzögert wird, als bei hoher Umlaufgeschwindigkeit Dies bewirkt, daß die Zündkerze 20 bei geringerer Umlaufgeschwindigkeit am oder nach dem oberen Totpunkt zündet (Spätzündung) und daß die Zündkerze 20 bei hoher Umlaufgeschwindigkeit vor dem oberen Totpunkt gezündet wird (Frühzündung). Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß die Anzahl der Winkelgrade des Kurbelwellenumlaufes vor dem Zünden der Zündkerze 20 nach dem Auftreten des Bezugsimpulses eine Funktion der Umdrehung pro Minute des Drehkolbens 2 im Gehäuse 4 ist Im allgemeinen kann gesagt werden, daß dann, wenn die Umdrehungen pro Minute des Drehkolbens 2 ansteigen, der Verzögerungsgenerator

43 bewirkt, daß die Unge der Zeit zwischen dem Bezugsimpuis und denn Zünden der Zündkerze 20 abnimmt Dies ist erwünscht da immer weniger Zeit ist je schneller der Drehkolben 20 sich bewegt während der zwischen dem Drehkolben 2 und dem Gehäuse 4 die Brennkammer 6 existiert. Aus diesem Grunde muß dar Brennstoff-Luft-Gemisch, das durch den Einiaßkanal 2t austritt, früh gezündet werden vor dem oberer Totpunkt, um sicherzustellen, daß vom Brennstoff-Luft-ί Gemisch soviel wie möglich um den oberen Totpunkt herum verbrennt. Der Fig. 5 ist ferner zu entnehmen, daß dann, wenn die Umdrehungen pro Minute des Drehkolbens 2 gering sind, die Zündkerze 20 das Kraftstoff-Luft-Gemisch kurz nach dem oberen Tot punkt zündet, um die Trägheil des Drehkolbens 2 zu überwinden. Darüber hinaus -.t die Dauer des Funkens vollständig unabhängig vom Zündungszeitpunkt und kann in der Tat solange wie der ßrennzyklus sein oder solange, wie die Brennkammer 6 bei irgendeiner gegebenen Drehzahl gebildet ist, wobei die Dauer des Funkens abhängig von der Breite des Triggerimpulses und der geometrischen Gestalt der Flächen 28 und 32 ist. Mi! anderen Worten: die Zündkerze 20 ist solange gezündet wie der Triggerimpuls <h*s Oszillator 34 einschaltet und die Flächen 28 und 32 zur Magnetfluß kopplung gleichzeitig miteinander ausgerichtet sind.

Eine Änderung der Stellung der ersten Spule 22 und der zweiten Spule ist der F i g. 4 zu entnehmen, in der die zweite Spule neben der dritten Ecke des Drehkolbens 2 in entgegengesetzter Richtung zur Brennkammer 10 angeordnet ist. Die erste Spule 22 (nicht dargestellt) ist in der Steiung zur Magnetflußkopplung mit der zweiten Spule in F i g. 5. Das heißt die erste Spule 22 ist etwa 180° vom oberen Totpunkt in der oberen Abdeckplatte 12 (nicht dargestellt) angeordnet Die Anordnung der ersten Spule 2 und der zweiten Spuie ist derart, daß das annähernde 1 :3 Verhältnis in der relativen Bewegung von 180° zu 0° hin ausgenutzt wird. Der durch die relative Bewegung zwischen der ersten Spule 22 und der zweiten Spule beschriebene Bogen ist klein, verglichen mit dem längeren Bogen, der von der Zündkerze 20 beschrieben wird, wenn die Zündkerze 20 durch die obere Totpunktstellung wandert

Die Zündkerze 20 hat ein Funkenstreckenende 44 und

ein Anschlußende 46 sowie einen Mittelteil 48, der das Funkenstreckenende 44 mit dem Anschlußende verbindet Das Funkenstreckenende 44 erzeugt den Funken für die Zündung, während das Anschlußende 46 elektrisch mit der Sekundärwicklung 18 der zweiten Spule verbunden ist Der Mittelteil 48 weist eine erste äußere Oberfläche 50 auf, die ein erstes, beispielsweise ein linksgängiges Gewinde aufweist wie F i g. 1,2 und 3 zeigen, das dem Funkenstreckenende 44 benachbart ist Der Mittelteil 48 weist auch eine zweite äußere

so Oberfläche 52 auf, die mit einem dem linksgäng.gen Gewinde entgegengesetzt gerichteten Gewinde, nämlich einem rechtsgängigen Gewinde, versehen ist, das dem Anschlußende 46 der Zündkerze benachbart ist und zu deren Einschrauben in den dreieckigen Kolben 2 dient

Die erste und die zweite äußere Oberfläche 50 bzw. 52 sind so gestaltet um einen Zündkerzenschlüssel 54, der ein dem auf der ersten äußeren Oberfläche 50 angeordneten Gewinde entsprechendes Gewinde in einen Schraubkopf 56 trägt, so daß die Zündkerze 20 in den Schraubkopf 56 eingeschraubt werden kann, bevor die Zündkerze 20 durch den Zündkerzenschlüssel ausgeschraubt werden kann, der sich durch den Auslaßkanal 58 hindurcherstreckt Nachdem die erste äußere Oberfläche 50 in den Schraubkopf 56 eingeschraubt ist schraubt die weitere Schraubbewegung des Zündkerzenschlüssels 54 die zweite äußere Oberfläche 52 aus dem dreieckigen Kolben 2 heraus, um die

Zündkerze 20 aus der Drehkolben-Brennkraftmaschine nntfernen /u können. Es ist klar, daß eine entgegengesetzte Arbeitsweise verwendet werden kann, um eine neue Zündkerze in die Drehkolben-Brennkraftmaschinc einzusetzen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit zwei sich relativ zueinander bewegenden und eine Brennkammer bildenden Teilen, bei der an dem einen Teil eine Zündvorrichtung angeordnet ist, die in Abhängigkeit von einer nicht an dem einen Teil angeordneten Zündenergie-Generatoreinrichtung Zündfunken in der Brennkammer erzeugt, wenn die Zündvorrichtung in einer vorbestimmten Stellung beider Teile zueinander mit der Generatoreinrichtung verbunden und die Brennkammer gebildet ist, und bei der die Zündvorrichtung eine Zündkerze umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung (14) an dem anderen Teil (4) angeordnet ist und einen magnetischen Wechselfluß unabhängig von der relativen Bewegung zwischen den beiden Teilen (2, 4) erzeugt und daß die Zündvorrichtung in Abhängigkeit von dem magnetischen Weciielfluß Zündfunken erzeugt, wenn sie in der besagten vorbestimmten Stellung beider Teile zueinander durch den magnetischen Wechselfluß mit der Generatoreinrichtung gekoppelt ist.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 für eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einem dreiekkigen Kolben, der in einem Gehäuse umläuft, dessen innerer Querschnitt epitrochoid geformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung (14) vom Gehäuse (4) getragen ist, während die Zündvorrichtung (16, 18, 20) am Kolben (2) angeordnet ir'

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung (14) eine erste Spule (26) und die Zündvorrichtung eine zweite Spule (18) umfaßt.

4. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung (14) einen Oszillator (34) zum Erregen der ersten Spule (26) und zum Erzeugen des besagten Magnetflusses im vorbestimmten Bereich der Drehbewegung umfaßt.

5. Zündeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (20) der Zündvorrichtung elektrisch mit der zweiten Spule (18) verbunden ist

6. Zündeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (18) in der Nähe der dritten Kante des Drehkolbens (2) angeordnet ist.

7. Zündeinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Bezugseinrichtungen (35) zum Beschicken der Generatoreinrichtung (14) mit einem die vorbestimmte Stellung des Kolbens (2) relativ zum Gehäuse (4) anzeigenden Bezugssignal.

8. Zündeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung (14) von diesem Bezugssignal abhängige Steuereinrichtungen (40) zum Steuern des Oszillators (34) umfaßt, der seinerseits das Erregen der ersten Spule (26) in Abhängigkeit vom Bezugssignal bewirkt.

9. Zündeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) eine ein Verzögern des Erregens der ersten Spule (26) um einen vorbestimmten Zeitabschnitt nach dem Auftreten des Bezugssignals ermöglichende, programmierbare Verzögerungseinrichtung (43) umfaßt.

10. Zündeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) eine Tasteinrichtung (41) zum Erfassen der Häufigkeit des Erreichens der bestimmten Stellung des Kolbens (2) und zum Ändern des vorbestimmten Zeitabschnittes in Abhängigkeit vom Wechsel der besagten Häufigkeit umfaßt