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Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator Zusammenfassung
Es wird eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei der ein Magnet
zünder die erforderliche Zündenergie erzeugt, welche zunächst in der Zündspule durch
Aufbau eines Magnetfeldes gespeichert und zum Zündzeitpunkt durch Unterbrechung
des Primärstromkreises als Hochspannungsimpuls an die sekundärseitig mit der Zündspule
verbundene Zündkerze abgegeben wird. Die Zündanlage umfaßt eine Zündzeitpunkt-Verstelleinrichtung,
die mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine eine stetige Verstellung des
Zündzeitpunktes in Richtung Früh zündung bewirkt. Im oberen Drehzahlbereich wird
dabei die Unterbrechung des Primärstromkreises so stark vorverstellt, daß die Zündung
nicht durch diese Unterbrechung sondern durch einen nachfolgenden, im Magnet zünder
induzierten Spannungsimpuls erfolgt.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der Dk-OS 29 61 281 ist bereits eine Zündanlage
bekannt, bei der im oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmascnine der zunächst durch
die Unterbrechung des Priäärstromkreises festgelegte Zündzeitpunkt sprungartig vorverstellt
wird auf eine vom Magnetzunder erzeugte Induktionsspannung, die der gesteuerten
Unterbrechung der primärstrom-Halbwelle vorgelagert ist. Diese Sprungverstellung
hat jedoch den Nachteil> daß der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine vor dem
Erreichen der sogenannten Sprungdrebzahl ungffnstiger ist als bei einer stetigen
früliverstellung des Zündzeitpunktes über den gesamten Drebzahlbereich der Brennkraftmaschine.
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß je nach dem Spannungsbedarf an der
Zundkerze eine mehr oder weniger kräftige Induktionsspannung die Zündung bewirkt,
was zur Folge hat, daß die sogenannte Sprungdrehzahl u.a. auch vom Zustand der Zundkerzen
abhängig und damit nicht genau definierbar ist.
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Aus der DT-OS 22 61 156 ist ferner eine Transistor-Zündanlage mit
einem Magnetzünder bekannt, bei der der Zündzeitpunkt durch einen an die Primärspannung
angeschlossenen Schwellwertschalter bestimmt wird Auch diese Zündanlage hat den
Nachteils bei hohen Drehzahlen durch eine der Spannungshalbwelle mit der größerem
Amplitude vorgelagerte Spannungshalbwelle mit kleinerer Amplitude eine Sprungverstellung
des Zandzeitpunktes erreicht wird, die den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine nachteilig
beeinflußt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zug;unde, eine Zündanlage mit einem
MagnetzAnder zu schaffen, die einen großen Verstellbereich mit einer Vorverstellung
des Zündzeitpunktes bei zunehmender Drehzahl zür Verbesserung des Wirkungsgrades
aufweist und darüber hinaus über den gesamten Drehzahlbereich eine möglichst hohe
Ztlndspannung abgibt.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Ifauptanspruchs hat den Vorteil, daß der Wirkungsgrad der Brennkraftnaschine
im Teillast- und Vollastbereich verbessert wird, indem der Zündzeitpunkt durch die
gesteuerte Unterbrechung des Primärstromkreises mit zunehmender Drehzahl in Richtung
Mhzündung über einen großen Verstellbereich stetig verstellt wird. Ein weiterer
Vorteil ist, daß auch im oberen Drehzahlbereich die erforderliche Zündspannung bereitgestellt
wird, so daß dann die durch die Unterbrechung des Primärstromes gesteuerte Zündung
in eine wngesteuerte, durch eine Induktionsspannung des Magnetzünders ausgelöste
Zündung übergeht. In diesem Drehzahlbereich erfolgt die Unterbrechung des Primärstromes
während der Primärstrom-Halbwelle so frnhzeitig, daß der zu unterbrechende Primärstrom
noch zu gering ist, um durch die Unterbrechung in der Sekundärwicklung einen zur
Zündung ausreichenden Hochspannungsimpuls zu erzeugen. Die Zündung erfolgt dann
bei geöffnetem Primärstromkreis durch einen im Magnetzunder induzierten, ungesteuerten
Spannungsimpuls.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich.
So ist es zur Erzeugung eines großen Verstellbereichs des Zündzeitpunktes vorteilhaft,
das Schaltelement im Primärstromkreis als Zündtransistor auszubilden, der von einem
magnetischen Steuergeber über den gesamten Drehzahlbereich mit drehzahlabhängig
zunehmender Vorverstellung in den Sperrzustand umgesteuert wird. Die Steuerspannungs-Halbwelle
des Steuergebers soll dabei nahezu gleichzeitig mit der Primärstrom-Halbwelle des
Zündankers auftreten. Besonders
zweckmäßig ist es, wenn der Steuergeber
im Magnetzünder angeordnet ist und gemeinsam mit dem Zündanker und dem von der Brennkraftmaschine
angetriebenen Polrad zusammenwirkt, welches sowohl den Zündmagneten als auch einen
Steuermagneten trägt.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 den Schaltungsaufbau der erfindungsgemäßen Zündanlage, Fig. 2 den kbnstruktiven
Aufbau des Magnetzünders dieser Zündanlage, Fig. 3 den Verlauf des Primärstromes
im Primärstromkreis der Zündanlage und den Verlauf der Steuerspannung bei einer
bestimmten Drehzahl, Fig. 4 die Kennlinie der drehzahlabhängigen Zündzeitpunkt-Verstellung
und Fig. 5 die Kennlinie der drehzahlabhängig erzeugten Zündspannung der Zündanlage.
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Beschreibung der Erfindung In Fig. 1 ist das Schaltbild einer Zündanlage
für eine 1-Zylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, die von einem Magnetzünder 10
versorgt wird. Der Magnetzündcr 10 besteht aus einem umlaufenden Polrad 11, mit
einen zwischen zwei Polschuhen angeordneten Dauermagneten lla am äußeren Umfang
eines von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetriebenen Schwung- oder
Lüfterrades. Das Polrad 11 wirkt mit einem am Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordneten
Zündanker 12 zusammen, der gleichzeitig als Zündspule wirkt und mit einer Primärwicklung
13a und einer Sekundärwicklung 13b versehen ist. Die Sekundärwicklung ist über ein
Zündkabel 14 mit einer Zündkerze 15 der Brennkraftmaschine verbunden. Die Primärwicklung
13a des Zündankers 12 ist an einem Primärstromkreis angeschlossen, indem als
Schaltstrecke
ein NPN-leitender Zündtransistor 16 angeordnet ist. Der Zündtransistor 16 ist als
Darlington-Schalttransistor ausgebildet, dessen Emitter mit einem Ende der Primärwicklung
13a und dessen Kollektor über eine Diode 17 mit dem anderen, auf Masse liegenden
Ende der Primärwicklung 13a verbunden ist. Diese zum Schutz gegen Inversionsstrom
dienende Diode 17 ist mit der Schaltstrecke des Zündtransistors 16 in gleicher Durchlaßrichtung
gepolt. Zum Schutz des Zündtransistors 16 gegen zu hohe Spannungen ist seine Schaltstrecke
von einer Z-Diode 18 überbrückt. Die Basis des Zündtransistors 16 ist über einen
Widerstand 19 mit seinem Kollektoranschluß verbunden. Die aus Basis-Emitter gebildete
Steuerstrecke des Zündtransistors 16 ist mit einer Steuerschaltung verbunden, deren
Steuerschalter als NPN-leitender Steuertransistor 20 zur Steuerstrecke des Zündtransistors
16 parallel geschaltet ist. Die Basis des Steuertransistors 20 ist an dem Abgriff
21 eines parallal zur Primärwicklung 13a liegenden Spannungsteilers mit den Widerständen
22 und 23 angeschlossen. Zur Temperaturkompensation des Steuertransistors 20 ist
der Widerstand 23 des Spannungsteilers als NTC-Widerstand ausgebildet.
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Die Zündanlage ist ferner mit einem magnetischen Steuergeber 25 ausgerüstet,
der mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Steuermagneten 26 zusammenwirkt,
der - wie Fig. 2 zeigt -ebenfalls im Polrad 11 des Magnetzünders 10 angeordnet ist.
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Der Steuergeber 25 liegt parallel zur Steuerstrecke des Steuertransistors
20 und ist über eine Diode 27 mit dem Abgriff 21 des Spannungsteilers 22/23 verbunden.
Parallel zum Steuergeber 25 liegen zwei in Reihe geschaltete Widerstände 24 und
28, wobei zum Widerstand 28 ein Stellwiderstand 29 parallel geschaltet ist, mit
dem die Belastung des Steuergebers 25 einstellbar ist. Außerdem ist die Primärwicklung
13a des Zündankers 12 von einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 30 und einer
Diode 31 überbrückt, die im Zündzeitpunkt von der Primärspannung in Sperrichtung
beansprucht ist. Dieser
Schaltungszweig dient zur Bedämpfung der
Spannungshalbwellen des Magnetzünders 10, die nicht zur Zündung benötigt werden.
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Fig. 2 zeigt die räumliche Ausgestaltung und Anordnung des Ztlndankers
12, des Steuergebers 25 und des Polrades 11 mit dem darin eingebetteten Zündmagneten
lla und den Steuermagenten 26. Die in Umfangsrichtung des Polrades 11 hintereinanderliegenden
Polschuhe 11b und llc des Zündmagneten lla wirken mit einem E-fömrigen Eisenkern
12a des Zündankers 12 zusammen, dessen mittlerer Schenkel die Primär- und Sekundärwicklung
13a/13b trägt. Um den Steuergeber 25 zumindest teilweise vom Zündanker lla magnetisch
zu entkoppeln, ist er in Form einer Nähgarnrolle in Achsrichtung des Polrades angeordnet.
Der Steuermagnet 26 ist ebenfalls in Achsrichtung des Polrades magnetisiert, so
daß seine in Achsrichtung hintereinanderliegenden Polschuhe 26a mit dem Steuergeber
25 zusammenwirken. In normaler Umlaufrichtung des Polrades 11 (Linkslauf) gesehen
ist der Steuergeber 25 mit geringem Abstand vor dem Zündanker 12 angeordnet und
der Zündmagnet lla ist mit größerem Abstand vor dem Steuermagneten 26 im Polrall
eingebettet.
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Fig. 3 zeigt auf der Zeitachse-tl den Verlauf des Primärstromes Ip
in der Primärwicklung 13a bei einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Darunter ist auf der Zeitachse t2 der Verlauf der Geberspannung Ug bei der gleichen
Drehzahl dargestellt. Die Funktion der in Fig. 1 dargestellten Zündanlage soll nunmehr
mit Hilfe dieser Strom- und Spannungsverläufe näher erläutert werden.
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Mit dem Anlaßvorgang wird das Polrad 11 in Pfeilrichtung gedreht und
durch das Vorbeibewegen des Zündmagneten lla am Steuergeber 25 wird zunächst eine
positive und unmittelbar darauf folgend eine negative Spannungshalbwelle induziert.
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Die positive Spannungshalbwelle der Geberspannung bewirkt kurzzeitig
ein Durchsteuern des Steuertransistors 20, was jedoch auf den ohnehin gesperrten
Zündtransistor 16 keinen Einfluß hat. Durch die weitere Drehung des Polrades 11
wird nun der Zündmagnet lla an den E-förmigen Eisenkern 12a des Zündankers 12 vorbeibewegt,
wo er in den Wicklungen 13a und 13b zunächst eine negative, dann eine positive und
anschließend erneut eine negative Spannungs- und Stromhalbwelle erzeugt. Die beiden
negativen Halbwellen werden über die Diode 31 und den Widerstand 30 gedämpft. Beim
Beginn der positiven Spannungshalbwelle der Primärspannung gelangt diese zunächst
über den Widerstand 19 zur Basis des Zündtransistors 16 und steuert diesen in den
stromleitenden Zustand um. Nunmehr kann über die Schalt strecke des Zündtransistors
16 der Primärstrom Ip fließen. Gleichzeitig gelangt nun auch der Steuermagnet 26
unter den Steuergeber 25, wodurch eine positive Halbwelle der Geberspannung Ug induziert
wird. Zum Zündzeitpunkt Zzp erreicht die Geberspannung Ug die Ansprechspannung des
Steuertransistors 20. Der Steuertransistor wird damit in den stromleitenden Zustand
gesteuert und seine Schaltstrecke überbrückt nunmehr die Steuerstrecke des Zündtransistors
16, so daß dieser augenblicklich gesperrt wird. Der Primärstrom Ip wird dadurch
schlagartig unterbrochen. In der Primärwicklung 13a sowie in der Sekundärwicklung
13b werden dadurch Spannungsimpulse induziert. Der Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung
13b gelangt über das Zündkabel 14 zur Zündkerze 15 und erzeugt dort einen Zündfunken.
Der Spannungsimpuls in der Primärwicklung gelangt über den Spannungsteiler 22/23
auf die Basis des Steuertransistors 20 und sorgt dafür, daß dieser auch nach dem
Abklingen des Steuerimpulses im Steuergeber 25 im leitenden Zustand gehalten wird.
Der nachfolgende negative Impuls der Geberspannung Ug ist ohne Wirkung; er wird
durch die Diode 26 gesperrt. Die zuvor beschriebenen Vorgänge wiederholen sich mit
jeder vollen Umdrehung des Polrades 11.
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Die zur Ansteuerung des Steuertransistors 20 verwendete positive Halbwelle
der.Geberspannung Ug hat - wie Fig. 3 zeigt - eine flache Anstiegsflanke, die im
vorliegenden Fall durch die Anordnung des Induktionsgebers 25 dicht vor dem Zündanker
12 bedingt ist. Da mit zunehmender Drehzahl die induzierten Spannungen sowohl im
Zündanker 12 als auch im Steuergeber 25 sich erhöhen, wird der Zündzeitpunkt Zzp
mit zunehmender Drehzahl durch die flache Anstiegsflanke der Geberspannung Ug in
Richtung Frühzündung verlegt, da die Ansprechspannung des Steuertransistors mit
zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine früher erreicht wird. In Fig. 4 ist
die von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängige Zündzeitpunkt-Verstellinie
dargestellt. Diese Verstellinie zeigt, daß der durch die Unterbrechung des Primärstromkreises
im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine festgelegte Zündzeitpunkt mit
steigender Drehzahl von einer Einschaltdrehzahl von ( 1000 minze stetig vorverstellt
wird. Das hat zur Folge, daß die Unterbrechung des Primärstromes Ip ebenfalls vorzeitiger,
d.h. vor dem Erreichen des Strommaximums erfolgt. Die durch die Unterbrechung des
Primärstromes in der Sekundärwicklung 13b erzeugte Zündspannung ist in Fig. 5 in
Abhängigkeit von der Drehzahl dargestellt. Dort ist erkennbar, daß im unteren Drehzahlbereich
die Zündspannung von etwa 12 kV an bis zu 22 kV ansteigt und im Drehzahlbereich
zwischen 4000 und 10 000 min 1 zurückgeht. Dieser Rückgang der Zündspannung wird
durch die Vorverstellung des Zündzeitpunktes verursacht, durch die der Primärstromkreis
bereits vorzeitig, d.h. beim Beginn des Stromanstieges unterbrochen wird.
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Bei einer Drehzahl von etwa 10 000 min 1 erfolgt die Unterbrechung
des Primärstromkreises so frühzeitig, daß der zu unterbrechende Primärstrom noch
zu gering ist, um durch die Unterbrechung in der Sekundärwicklung 13b einen zur
Zündung ausreichenden Hochspannungsimpuls zu erzeugen. Die Zündung
wird
nunmehr erst danach durch eine vom Zündmagneten lla in der Sekundärwicklung 13b
durch die Umkehrung des magnetischen Flusses erzeugte Indukionsspannung bewirkt.
In Fig. 5 ist der Verlauf dieser Induktionsspannung in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Brennkraftmaschine gestrichelt dargestellt, der jedoch nur bei geöffneten Primärstromkreis
meßbar ist. Die gestrichelte Kennlinie in Fig. 4 zeigt den entsprechenden Verlauf
des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von der Drehzahl bei geöffnetem Primärstromkreis.
Aus Fig. 4 ist aber durch die ausgezogene Kennlinie auch erkennbar, daß bei Drehzahlen
unter 10 000 min1 der Primärstromkreis erst in einer etwas später erreichten Stellung
des Polrades 11 unterbrochen wird. Folglich kann in diesem Drehzahlbereich, indem
der Primärstromkreis durch den Zündtransistor 16 beim Beginn der Flußumkehrung noch
kurzgeschlossen ist, eine nennenswerte Induktionsspannung nicht auftreten. Der Zündzeitpunkt
wird daher in diesen Drehzahlbereich durch die Unterbrechung des Primärstromes festgelegt.
Im oberen Drehzahlbereich, ab 10 000 min1 erfolgt dagegen die Unterbrechung des
Primärstromkreises durch den Zündtransistor 16 bereits unmittelbar vor dem Auftreten
der Induktionsspannung. Jetzt wird die Induktionsspannung wirksam und übernimmt
die Zündung der Brennkraftmaschine bei einem Verstellwinkely: + 10 Kurbelwellendrehung
(KW).
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt,
da anstelle des Zündtransistors 16 auch ein mechanisch betätigter Unterbrecher verwendbar
ist, der durch entsprechend wirkende Verstellglieder bei zunehmender Drehzahl zunehmend
früher geöffnet wird. Das gleiche Lösungsprinzip läßt sich auch bei Magnetzündern
verwenden, bei denen Zündanker und Steuergeber innerhalb eines umlaufenden Polrades
stationär angeordnet sind. Es ist ferner möglich, den Steuergeber auch getrennt
vom Zündanker anzuordnen. Wesentlich ist jedoch, daß in jedem Fall die Unterbrechung
des Primärstromkreises mit steigender Drehzahl zunehmend vorverstellt wird so daß
schließlich im oberen Drehzahlbereich der Primärstromkreis zunächst unterbrochen
und die Zündung erst danach durch eine vom Magnet zünder im Zündanker erzeugte Induktionsspannung
ausgelöst wird.
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L e e r s e i t e