DE2804675A1

DE2804675A1 - Zuendeinrichtung fuer eine brennkraftmaschine mit mehreren brennkammern

Info

Publication number: DE2804675A1
Application number: DE19782804675
Authority: DE
Inventors: F Douglas Stover; George C Thatcher
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1978-08-10
Also published as: FR2380435A1; AT362202B; ATA81678A; US4092968A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Zündeinrichtungen für Brennkraftmaschinen und insbesondere auf eine hochzuverlässige Zündeinrichtung, bei der optisch erzeugte Signale wahlweise einzelne Zündkreise mit kapazitiver Entladung für jede Brennkammer der Maschine triggern.

Zündeinrichtungen für moderne Brennkraftmaschinen verwenden oft Kreise mit kapazitiver Entladung. In solchen Kreisen wird ein Speicherkondensator von einer Gleichspannungsquelle periodisch geladen und dann wird ein gesteuerter elektronischer Schalter wie ein Triac oder ein Thyristor in den leitenden Zustand getriggert, um den Kondensator über die Primärwicklung einer Zündspule zu entladen. Das sicn ergebende Hochspannungsausgangssignal der Zündspule wird über einen Verteiler auf eine ausgewählte Zündkerze zur Einleitung der Zündung in einem Zylinder der Maschine gegeben. Ursprünglich wurden Zündeinrichtungen mit kapazitiver Entladung durch einen üblichen Satz nockenbetätigter Unterbrecherkontakte getriggert. Neuerdings werden die Unterbrecherkontakte manchmal durch andere Arten von Triggersignalquellen wie induktive oder magnetische Signalgeber oder optische Sensoren ersetzt.

Obwohl die bekannten Zündeinrichtungen in vielen Anwendungsfällen wie Kraftfahrzeugen zufriedenstellend sind, haben sie sich für industrielle Anwendungsfälle aus verschiedenen Gründen insgesamt nicht als zufriedenstellend erwiesen. Viele industrielle Brennkraftmaschinen werden in Umgebungen betrieben, die einen hohen Grad an Zuverlässigkeit und eine explosionssichere Konstruktion erfordern. Z.B. ist die Zuverlässigkeit bei Brennkraftmaschinen von äußerster Wichtigkeit, die zum Antrieb einer Pumpe verwendet wird, die in eine Rohölrohrleitung in einer kalten Umgebung wie in Alaska eingebaut ist. Wenn die Pumpe für mehr als einige Minuten stillsteht, verfestigt sich aas Rohöl und blockiert die Rohrleitung

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infolge der niedrigen Temperaturen. Dagegen muß bei einer Maschine, die auf einer im Golf von Mexiko befindlichen Bohrinsel betrieben wird, die Zündeinrichtung eine explosionssichere Konstruktion sein, um zu verhindern, daß die Zündeinrichtung zufällig ein Feuer auslöst oder eine katastrophale Explosion auslöst, die nicht nur die teuere Bohrinsel und die zugehörige Ausrüstung zerstören würde, sondern auch das Leben zahlreicher auf der Bohrinsel arbeitender Personen gefährden würde. Die ungeschützte Lichtbogenbildung an üblichen Unterbrecherkontakten und Verteilern beispielsweise kann leicht ein Feuer oder eine Explosion auslösen, wenn die Maschine in einer explosiven Umgebung betrieben wird.

Durch die Erfindung wird eine neuartige, hochzuverlässige, explosionssichere Zündeinrichtung für industrielle Brennkraftmaschinen geschaffen. Die Zündeinrichtung ist eingekapselt und abgedichtet, um Explosionen zu verhindern, wenn sie in explosiven Umgebungen betrieben wird, und um auch hochfrequente Abstrahlungen zu verhindern, die in der Nähe befindliche Fernmelde- und Steueranlagen stören könnten. Eine Welle ist so gelagert, daß sie sich durch eine Wand eines abgedichteten Gehäuses erstreckt. Das äußere Ende der Welle wird synchron mit der Brennkraftmaschine angetrieben, in der die Zündeinrichtung betrieben wird. In dem Gehäuse treibt die Welle den Rotor eines Synchrongenerators an und dreht auch eine Zeitsteuerscheibe, die mehrere Bahnen hat, von denen jede wenigstens eine lichtreflektierende Markierung aufweist. Optische Abtaster bzw. Sensoren, die jeweils eine Lichtemiss ions diode und einen Fototransistor aufweisen, sind in Übereinstimmung mit jeder gesonderten Bahn zur Abtastung der zugehörigen Markierungen auf der Zeitsteuerscheibe angeordnet. Ein erster optischer Abtaster in einem Abtastmodul bildet die bekannten Unterbrecherkontakte durch Erzeugung einer Impulsfolge nach, wobei jeder Impuls zu dem Zeitpunkt auftritt, zu dem die Zündung

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in irgendeiner Brennkammer der Maschine eingeleitet werden soll. Ein gesonderter Verteilermodul, der einen optischen Abtaster enthält, ist für jede Brennkammer in der Maschine vorgesehen. Die Lichtemissionsdioden als Verteilermodule für die Maschine werden jedesmal gleichzeitig beleuchtet, wenn ein Impuls von dem ersten optischen Abtaster erzeugt wird. Zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt befindet sich eine Markierung nahe dem optischen Abtaster nur für die Brennkammer oder Brennkammern, die gezündet werden soll. Das Ausgangssignal des optischen Abtasters wird verstärkt und dazu verwendet, einen Schalttransistor in den leitenden Zustand zu bringen. Ein gesonderter Kreis mit kapazitiver Entladung ist ebenfalls für jede Brennkammer vorgesehen. Ein Speicherkondensator in dem Kreis mit kapazitiver Entladung wird über einen Strombegrenzungskreis in einem zugehörigen Modul der Verteilermodule geladen. Wenn der Schalttransistor in diesem Verteilermodul durch das Ausgangssignal eines optischen Abtasters in den leitenden Zustand vorgespannt wird, wird der Ladestrom zum Kondensator unterbrochen und eine sicn ergebende Spannungsabnähme an der Steuerelektrode des Triacs triggert den Triac, um den Kondensator über die Primärwicklung einer oder mehrerer Zündspulen zu entladen. Häufig sind zwei Zündspulen mit ihren Primärwicklungen parallelgeschaltet zur gleichzeitigen Zündung von zwei zündkerzen in einer Brennkammer verbunden, um die Zuverlässigkeit der Maschine zu erhöhen und um auch den Wirkungsgrad der Maschine dadurch zu erhöhen, daß zwei Flammenausbreitungsstellen geschaffen werden. Dadurch, daß gesonderte Zündkreise mit kapazitiver Entladung für jede Brennkammer geschaffen werden, können diese Kreise nahe den Zylindern angeordnet sein. Dadurch wiederum wird die Lange der Primärkreisleitungen zwischen dem Kondensator und der Zündspule verringert. Da die Länge der Primärkreisleitungen verringert wird, wird auch die induktive und kapazitive Kopplung zwischen be-

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nachbarten Primärkreisen in einer Anschlußleitung verringert. Durch einen integralen Kreis mit kapazitiver Entladung und eine Zündspule für jede Brennkammer wird der Primärkreis vollständig vom Anschlußstttck der Zündeinrichtung entfernt, so daß die induktive und kapazitive Kopplung zwischen den Primärkreisen beseitigt wird. Diese induktive und kapazitive Kopplung war lange eine Quelle für eine falsche Triggerung von Halbleitern, die zu einer fälschlichen Zündung bzw. einem "übersprechen" führte.

Um die Wartung der Zündeinrichtung zu erleichtern, sind die verschiedenen Module einschließlich des Zeitsteuermoduxs und der Verteilermodule an Steckschaltungsplatten befestigt. Lichtemissionsanzeigeelemente sind auf ]eder Schaltungsplatte und in jedem Kreis mit kapazitiver Entladung zur Anzeige des richtigen Betriebs dieser Module angeordnet. Bei einem Ausfall muß eine Wartungsperson nur das Anzeigeelement ermitteln, das nicht funktioniert, und diesen Modul ersetzen. Polglich ist die Wartung der Zündeinrichtung bei minimaler Unterbrechungszeit der Maschine leicht durchführbar.

Durch die Ertindung wird somit die Aufgabe gelöst, eine verbesserte Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen und insbesondere für Maschinen zu schaffen, die in gefährlichen und/oder industriellen Anwendungsfällen benutzt werden. Die Zündeinrichtung hat einen sehr hohen Grad an elektrischer Störsignalsicherheit.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung für eine BrennJcrartmaschine, und

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Figur 2 in auseinandergezogener Anordnung Teile einer errindungsgemäßen Zündeinrichtung für eine B rennjcr at tmas cn ine.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Zündeinrichtung 10 für eine Brennkraftmaschine. Die Zündeinrichtung 10 besteht aus einem einzigen Zeitsteuermodul 11, mehreren Verteilermodulen 12 und mehreren Modulen 13 mit kapazitiver Entladung. Ein gesonderter Verteilermodul 12 und ein gesonderter Modul 1 J mit kapazitiver Entladung ist für jeae Brennkammer der Maschine vorgesehen. In Fig. stellt jeder Block 12 einen Verteilermodul dar und der beispielsweise Verteilermodul 12' ist im einzelnen gezeigt. In gleicher Weise stellt jeder der Blöcke 13 einen Modul mit kapazitiver Entladung für jeden Zylinder dar und der beispielsweise Entladungsmodul 13' ist im einzelnen gezeigt. Für eine Maschine mit z.B. zwanzig Zylindern wären in Abwandlung des Beispiels der Fig. 1 zwanzig Module U mit kapazitiver entladung in der Zündeinrichtung 10 vorhanden .

Für industrielle Brennkraftmaschinen ist es oft erforderlich, zwei Zündkerzen 14 und I5 für jeden Zylinder vorzusehen, die die Zuverlässigkeit der Maschine erhöhen und auch zwei Flammenausbreitungsstellen schaffen, um den Wirkungsgrad der Maschine zu erhöhen. Der Entladungsmodul 13' enthält eine Zündspule 16 mit einer Sekundärwicklung 17, die eine hohe Spannung zurührt, um die Zündkerze 14 zu zünden, sowie eine Zündspule 18 mit einer Sekundärwicklung 19, die eine hohe Spannung zuführt, um die Zündkerze 15 zu zünden. Die Primärwicklungen 20 und 21 der Zündspulen 16 und 18 sind zwischen einen Speicherkondensator 22 und einen negativen Anschluß 23 parallelgeschaltet. Der negative Anschluß 23 ist über eine Stxomschleife 24 mit einer negativen Sammelleitung bzw. einer Masseleitung 25 verbunden, die mit dem Maschinenrahmen elektrisch verbunden ist und schließlich mit dem negativen

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Ausgang 26 eines Synchrongenerators 27 oder einer anderen geeigneten Energiequelle verbunden ist. Die andere Seite des Speicherkondensators 22 ist mit einer Verbindungsleitung 28 verbunden. Zusätzlich zu der Masseleitung 2b ist eine Leitung 29 zwischen den Verteilermodul 12¹ und den Entladungsmodul 13¹ geschaltet, um dem Kondensator 22 bei hoher Spannung einen konstanten Ladestrom und um auch dem Entladungsmodul 13' ein Triggersignal zuzuführen, uer Leiter 29 ist über einen Widerstand 30 und eine Diode 31 mit der Verbindungsleitung 28 zur Ladung des Speicherkondensators 22 auf eine hohe Spannung z.B. von etwa 400 V verbunden. Ein elektronischer Schalter wie ein Triac 32 oder ein Thyristor oder ein anderer geeigneter Schalter ist zwischen die Verbindungsleitung und die Masseleitung 25 geschaltet. Während der Ladung des Kondensators 22 ist der Triac 32 gesperrt. Wenn der Triac 32 geöffnet wird, -./ird der Kondensator 22 über den Triac 32, die Stromscnleifv, 24 und die parallelen Primärwicklungen 2υ und 21 der Zündspulen 16 und 18 entladen, um eine Zündspannung von den Sekundärwicklungen 17 und 19 an die Zündkerzen 14 und 15 anzulegen. Ein Anzeigeelement J3 in Form einer Lichtemissionsetiode, eine Diode 34 und ein Widerstand 35 sind zwischen den Verbindungspunkt der Primärwicklungen 20 und 21 und den Speicherkondensator 22 und die Masseleitung 25 in Reihe geschaltet, um anzuzeigen, daß der Entladungsmodul 13* richtig arbeitet. Das Anzeigeelement 33 blinkt synchron mit der Trlggerung des Triacs 32, wenn der Entladungsmodul 13" arbeitet. Ein Widerstand 36 ist zwischen dem Verbindungspunkt 28 und die SteuereleKtrode 37 des Triacs 32 geschaltet. Die Steuerelektrode 37 ist auch über eine Diode 38 und eine Zenerdiode 39 mit dem Leiter 29 verbunden. Normalerweise ist ein positiver Ausgangsanschluß 40 für eine hohe Spannung des Synchrongenerators . 27 über einen Strombegrenzer 41 mit dem Verteilermodul 12' verbunden, um einen begrenzten Strom über die Leitung 29, einen Widerstand

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iond eine Diode 31 zur Ladung des Kondensators 22 zuzuführen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Steuerelektrode 37 im wesentlichen die gleiche Spannung wie die Verbindungsleitung 28. Die uriggerung des Triacs 32 wird durch eine beträchtliche Abnanme der Spannung auf der Leitung 29 eingeleitet. Wenn die Spannung auf der Leitung 29 fällt, fließt Strom von dem Speicherkondensator 22 durch den Widerstand 36, den einen Hauptanschluß des Triacs 32, dessen SteuereleJctrodensperrschicht, die Diode 38 und die Zenerdiode 39 zum Leiter 29. Der ütrom durch den einen Hauptanschluß aes Triacs 32 und dessen Steuerelektrodensperrschicht reicht aus, um den Triac 32 in den leitenden Zustand zu triggern, so daß aer Kondensator 22 über die Zündspulen 16 und 18 entladen wird.

Wenn der Triac 32 getriggert ist, um den Kondensator zu den Zündspulen 16 und 18 zu entladen, fließt Strom durch die Stromschleife 24. Das Magnetfeld, das in der Nähe der btromschleife 24 aufgebaut wird, erzeugt ein Signal zur Ansteuerung einer Zeitsteuerlampe für die Maschine, in die die Zündeinrichtung 10 eingebaut ist. Durch diese Ausbildung ist es nicht notwendig, die Ausgangssignale hoher Spannung der Zündspulen 16 oder 18 zur Zeitsteuerung der Maschine abzutasten. Wenn eine Zündeinrichtung vollkommen abgekapselt ist, ist es bei den bekannten Einrichtungen nicht möglich, eine Maschine zu steuern, ohne die abgeschlossene Umhüllung zu beseitigen. Dieses Problem wird durch die Verwendung der Stromschieire 24 beseitigt, die ein Signal für eine Zeitsteuerlampe erzeugt, ohne die Abschirmung für den Entladungsmodul 13 oder die Abschirmung für die Hochspannungskabel, die mit den Zündkerzen 14 und 15 verbunden sind, zu unterbrechen.

Die Zündeinrichtung 10 hat eine optische Anordnung zur Erzeugung von Signalen zur wahlweisen Triggerung der Entladungsmodule 13 in der richtigen Folge und zum richtigen Zeitpunkt. Die optische Anordnung hat eine

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Zeitsteuerscneibe, die von der Brennkraftmaschine synchron gedreht wird. Die Steuerscheibe hat mehrere Bahnen, aie von optischen Sensoren abgetastet werden. Teile von drei solchen Bahnen 42a, 42b und 42c sind in Fig. 1 gezeigt. Die Steuerscheibe ist vorzugsweise mit einer geschwärzten Oberfläche und einem oder mehreren nicht reflektierenden Punkten bzw. Markierungen in jeder Bahn versehen. In Fig. 1 ist eine Markierung 43a aur der Bahn 42a, eine Markierung 43b auf der Bahn 42b und eine Markierung 43c auf der Bahn 42c gezeigt. Jede Bahn kann eine oder mehrere Markierungen haben. Die Bahn 42a hat z.B. 20 Markierungen 43a, die gleichmäßig um die Steuerscheibe verteilt sind, um ein Abtastsignal bzw. einen Impuls jedesmal dann zu erzeugen, wenn einer von 20 Maschinenzylindern gezündet werden soll. Die Bahn 42b ist eine Tachometerbahn zur Erzeugung einer Impulsfolge mit einer Frequenz proportional der Geschwindigkeit der Maschine. Die Tachometerbahn 42b Kann auch als Zähler betrieben werden, der von einem Fliehkraftsignalgeber zurückgestellt wird, um Vorgänge wie eine Zündpunkteinstellung anzuzeigen.

Ein optischer Abtaster, bestehend aus einer liichtemissionsdioae 44 und einem Fototransistor 45 ist nahe der Bahn 42 angeordnet, um das Vorhandensein und Nichtvorhandensein der lichtreflektierenden Markierung 43a abzutasten. Die Diode 44 emittiert, wenn sie erregt wird, infrarotes iiicht, das auf die Bahn 42a gerichtet wird. Wenn sich die Steuerscheibe in eine Stellung dreht, in der eine Markierung 43a, die als rechteckiges Cnrompolster ausgebildet sein kann, unter der Diode 44 und dem Transistor 45 ist, wird das infrarote Licht zu dem Fototransistor 4b reflektiert und schaltet ihn in den leitenden Zustand. Ein optischer Abtaster in Form einer Lichtemissionsdiode 46 und eines Fototransistors 47 ist in gleicher Weise nahe der Bahn 42b zur Abtastung der Markierungen 43b angeordnet.

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Der positive Ausgangsanschluß 40 des Synchrongenerators 27 ist mit einer positiven Sammelleitung 48 verbunden, die parallel zu jedem Verteilermodul 12 und dem Zeitsteuermodul 11 geschaltet ist. Dxe positive Sammelleitung 48 ist in dem Zeitsteuermodul 11 mit einer Serienschaltung verbunden, die aus einem Strombegrenzer 4y, den beiden Lichtemissionsdioden 44 und 46 und einer Zenerdiode 50 besteht, sowie einer Anzeigelichtemissionsdiode 68, die von einem Inverter 69 geschaltet wird, wobei die üenerdiode 50 zu beiden parallelgeschaltet ist und jeder Zweig mit der Masseleitung 25 verbunden ist. Der Strombegrenzer 49 weist einen Transistor 51 auf, dessen Kollektor mit der positiven Sammelxeitung 48 und dessen emitter über einen Widerstand 52 mit dessen Ausgangsanschluß 53 verbunden ist. Die Basis des Transistors d1 ist über einen Widerstand 54 mit der positiven Sammelleitung 48 und über eine Zenerdiode 55 mit dem Ausgangsanschlu^ 53 verbunden. Der Ausgangsanschluß 53 ist über die Lichüemissionsdioden 44 und und die Zenerdiode 50 und/oder die Anzeigediode 68, wenn öle geschaltet ist, und den Inverter 69 mit der Masseleitung 25 verbunden, die den Kreis vervollständigt. Die Werte der Widerstände 52 und b4 und der Zenerdiode 55 im Strombegrenzer 49 sind so gewählt, daß ein bestimmter Strom von z.B. 20 mA zu den Lichtemissionsdioden 44 und 46 fließt. Eine positive Sammelleitung b6 niedriger Spannung ist mit allen Verteilermodulen 12 und 12· und einem Widerstand 57 in dem Unterbrechermodul H verbunden. Der widerstand 57 ist mit aera Verbindungspunkt: 71 eines Kondensators 5ö und den parallelen Kollektoren der Fototransistoren 45 und 47 verbunden. Wenn die Maschine arbeitet, gibt der Fototransistor 47 ein Impulsausgangssignal über einen Inverterverstärker 59 an einen Ausgangsanschluß 60 zur Ansteuerung eines Tachometers und/oder eines Lagezählers. Der Emitter des Abtasttransistors 47 ist aucn über einen Widerstand 61 mit der Masselei-

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tung 25 verbunden. Somit hat der Verstärker 59 ein Eingangssignal, das während des wichtvorhandenseins der Markierung 43b im wesentlichen auf der Spannung der Masseleitung ist, und ein positives Eingangssignal, das im wesentlichen auf dem Pegel der Spannung an dem Verbindungspunkt 71 ist, wenn Licht der Abtastemissionsdiode 46 von einer Markierung f»3b zu dem Abtastfototransistor 47 reflejctiert wird.

Der Emitter des Abtasttransistors 45 ist mit einer Verbindungsie itung 62 verbunden, die wiederum über einen Widerstand 6j mit der Masseleitung 25 verbunden ist. Die Verbindungsieitung 62 ist über zwei in Reihe geschaltete Inverterverstärker 64 und 6d mit einem Ausgangsanschluß 66 verbunden, der wiederum durch eine Druckschaltungsleitung 67 mit einem Verteilermodul 12 verbunden ist. Wenn eine Markierung 43a Licht von der Abtastlichtemissionsdioae 44 zu dem Abtastrototransistor 45 richtet, leitet der Fototransistor 45 und legt eine Spannung von dem Verbindungspunkt 71 an die Verbindungsleitung 62. Dieser Spannungsimpuls wird von den Verstärkern 64 und 65 verstärkt und als Abtastsignal auf die Leitung 67 gegeben. Die Diode 68 ist vorgesehen, um anzuzeigen, daß der Zeitsteueriuodul 11 arbeitet. Die Verbindungsieitung 62 ist über einen Inververterverstärkar 69 und einen Widerstand 70 mit der einen Seite der Diode 68 verbunden, und die andere Seite der Diode 68 ist mit dem Verßindungspunkt 71 verbunden. Die Diode blinkt daher synchron mit dem Ausgangssignal des Transistors 45, wenn der Zeitsteuermodul 11 richtig arbeitet.

Die Druckschaltungsleitung 56 niedriger Spannung ist über einen widerstand 74 mit einem Verbindungspunkt 75 niedriger Spannung in allen Verteilermoduien 12 verbunden. Der VerbindungspunKt 7b ist über einen Thermistor 76 mit der Leitung 48 und über eine parallele

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Zeneraiode 77 und einen Filterkondensator 78 mit der Masseleitung 25 verbunden. Die Zeneraiode 77 ist so gewählt, daß sie eine bestimmte niedrige Spannung von z.B. 12 V an den Verbindungspunkt /5 aogibt. Die Leitung 67 des Zeitsteuermoduls 11, auf die die Abtastsignale gegeben werden, um die Zündung der verschiedenen Zündkerzen in der Maschine einzuleiten, ist in dem Verteilermodui 12' über einen Inverterverstärker 79, einen Widerstand 80 und eine Lichtemissionsdiode 81 mit dem Verbindungspunkt 75 verbunden. Die Diode 81 und alle entsprechenden Dioden in den anderen Verteilermodulen 12, leuchtet !jedesmal auf, wenn der Transistor 45 im Zeltsteuermodul 11 von der Diode 44 abgegebenes Infrarotlicht empfängt. Die Diode 81 arbeitet in Verbindung mit einem Fototransistor 82 als optischer Abtaster zur Ermittlung des Vorhandenseins und NichtVorhandenseins einer reflektierenden Markierung 43c auf der Bahn 42c der !steuerscheibe. Jedesmal, wenn ein Abtastimpuls von dem Zeitsteuermodul 11 auf die Leitung 67 gegeben wird, sind nur eine oder mehrere Markierungen wie die Markierung 42c in dem Verteilermodul 12' zur Erzeugung eines Ausgangssignals des optischen Abtasters in einem Verteilermodul zur Zündung der Zündkerzen eines einzigen Zylinders in der Maschine angeordnet. Die Steuerscheibe wird gedreht und die Markierungen sind auf der Steuerscheibe derart angeordnet, daß der Transistor 82 Licht von der Diode 81 nur einmal pro Umdrehung der Maschinenantriebswelle für eine ZweitaKtmaschine und nur einmal pro zwei Umdrehungen der Maschinenantriebswelle für eine Viertaktmaschine abtastet.

Der Transistor 82 hat einen Kollektor, der mit dem Verbindungspunkt 75 verbunden ist, und einen Emitter, der über einen Widerstand 8J mit der Masseleitung 25 verbunden ist. Das Emittersignal läurt über eine Serienscnaltung mit zwei Inverterverstärkern 84 und 8b und einen Span-

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nungsteiler aus zwei Widerständen 86 und 87. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 86 und 87 ist mit der Basis eines Transistors 88 verbunden. Normalerweise ist der Transistor ö8 gesperrt. Wenn jedoch der Transistor 82 von einer Markierung 43c auf der Spur 42c reflektiertes Infrarotlicht abtastet, wird er geöffnet. Der Emitter des Transistors 88 ist mit der Masseleitung 25 verbunden. Eine Diode 89 ist parallel zu dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 88 geschaltet, um zu verhindern, daß eine Gegen-EMK des induktiven Kreises an dem Transistor 88 erscheint. Der Kollektor des Transistors 88 ist über einen Widerstand 90 mit einem AusgangsanSchluß y2 des Strombegrenzers 41 verbunden .

Der Strombegrenzer 41 im Verteilermodul 12' ist dem Strombegrenzer 49 im Zeitsteuermodul Ί1 gleich und hat einen Transistor 93 mit einem Kollektor, der mit der positiven Leitung 48 verbunden ist, und einen Emitter, aer über einen Widerstand 94 mit dem Ausgangsanschluß 92 verbunden ist. Ein Widerstand 9b ist zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors 93 geschaltet, und eine Zenerdiode 96 ist zwischen die Basis des Transistors 93 und den Ausgangsanschluß 92 geschaltet. Die Widerstände 94 und 95 und die Zenerdiode 96 sind so gewählt, daß sie einen bestimmten maximalen Strom von z.B. 2Ou mA bei 400 V von der positiven Leitung 48 dem Ausgangsanschluß 92 zuführen. Normalerweise fließt der dem Ausgangsanschluß 92 zugeführte Strom über ein Anzeigeelement 97 in Form einer Lichtemissionsdiode und den Leiter 29 zu dem Entladungskreis 13' zur Ladung des Speicherkondensators 22. Wenn eine Markierung 43c auf der Bahn 42c Licht der Diode 81 zu dem Transistor 82 rerlektiert, wird der Transistor 88 in den leitenden Zustand vorgespannt, um den Anschluß 92 über den Widerstand 90 mit der Masseleitung 25 zu verbinden. Dies führt zu einem merklichen Spannungsabfall auf der Leitung 29. Die höhere Spannung an dem Speicherkondensa-

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tor 22 bewirkt daher einen Stromfluß über den Hauptanschluß des Triacs 32, dessen Steuerelektrodensperrschicnt 37, die Diode 38, die Zenerdiode 39, den Leiter 29, eine Diode 98, den Widerstand 90, den Transistor 88 zur Masseleitung 25. Dieser Strom über den einen Hauptanschluß des Triacs 32 und dessen SteuereJ-ektrodensperrschicht 37 im Entladungsmodul 13 reicht aus, um den Triac 32 zu triggern und dadurch die in dem Kondensator 22 gespeicherte Energie über die Zündspulen 16 und 18 zur Erzeugung einer nohen Spannung zu entladen. Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß der Leiter 29 nicht nur den Ladestrom für den Speicherkondensator 22, sondern auch das Triggersignal zur Einleitung der Entladung des Kondensators 22 über die Primärwicklunyen 20 und 21 der Zündspulen 16 und 18 tührt. Solange der Ladestrom über den Leiter 29 fließt, fließt er über das Anzeigeelement 97. Das Anzeigeelement 97 bleibt daher während des größten Teils des Arbeitstaktes eingeschaltet und wird nur während des kurzen Zeitintervalls ausgeschaltet, während dem der Transistor 88 zur Erzeugung eines Triggersignals in den leitenden Zustand vorgespannt wird. Das Anzeigeelement 9 7 im Verteilermodul 12' und die entsprechenden Anzeigeelemente in den anderen Verteilermodulen 12, das Anzeigeelement 33 im Entladungsmodul 13 und die entsprecnenden Anzeigeelemente in den anderen Entlademodulen 13 und das Anzeigeelement 68 im Zeitsteuermodul 11 bewirken eine Anzeige, daß die Zündeinrichtung 10 richtig arbeitet. Wenn die Module 11, 12 oder 13 ausfallen sollten, wird dieser Ausfall sofort an dem Anzeigeelement für diesen Modul angezeigt. Die Zündeinrichtung kann durch Austausch des Moduls bei minimaler Unterbrechung der Maschine rasch gewartet werden.

Fig. ι zeigt in auseinandergezogener Anordnung perspektivisch die Zündeinrichtung 10. Eine Welle 10 1, die synchron mit der Maschine angetrieben wird, ist mit einer Wechselstrommaschine 27 zu deren Antrieb verbunden, die in einem explosionssicheren Gehäuse angeordnet ist. Ein

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zweites explosionssicheres Gehäuse 102 ist nahe dem Synchrongenerator . 27 zur Aufnanme des Zeitsteuermoduls 11 und der einzelnen Verteilermodule 12 tür jeden Zylinder der Maschine angeordnet. Die Welle 101 ist über ein Getriebe mit der Maschine verbunden und bei einer Viertaktmaschine derart verbunden, daß sie sich mit der halben Geschwindigkeit der Maschinenantriebswelle dreht. Die Welle 10i verläuft durch den Synchrongenerator 27 und in das Gehäuse iO2 und hat eine Nabe 103, an der die Steuerscheibe 104 befestigt ist. Die Steuerscheibe hat vorzugsweise eine geschwärzte Obertläche und mehrere konzentrische ringförmige Bahnen 42. An bestimmten Stellen der Bahn 42 sind reflektierende Markierungen 43 zur Erzeugung von Steuersignalen befestigt. Das Gehäuse 102 nat ein Gewinde 105 zur Aufnahme eines entsprechenden Gewindedeckels 106. Wenn der ueckel 106 an dem Gehäuse 102 befestigt ist, wird ein explosionssicherer Behälter zur Aufnahme des Zeitsteuermoduis 11 und der Verteilermodule 12 gebildet. Der Deckel ι06 ist mit einem explosionssicheren Fenster 107 versehen, das es ermöglicht, das Anzeigeelement 68 im Zeitsteuermodul 11 und die Anzeigeelemente 97 in den Verteilermodulen 12 zu betrachten.

Der Zeitsteuermodul 11 und die einzelnen Verteilermodule 12 können in Rahmen 108 geschoben werden, aie in dem Gehäuse 102 befestigt sind. Der Zeitsteuermodul 11 und die Verteilermodule 12 sind auf flachen Druckschaltungsplatten angeordnet, die in getrennte Nuten 109 geschoben werden können, die in den Rahmen 108 ausgebildet sind. Der Zeitsteuermodul 11 ist als in zwei Abschnitte 11a und 11b geteilt gezeigt, von denen einer den optischen Abtaster, bestehend aus der Lichtemissionsaiode 44 und dem Fototransistor 45, und der andere den optischen Abtaster, bestehend aus der Lichtemissionsdiode 46 und dem Fototransistor 47, trägt. Wie an dem beispielsweisen Verteilermodul 12' gezeigt ist, der aus dem Rahmen 108 entfernt ist, hat

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der Modul 12" eine DrucKschaltungsplatte 1IO und eine daran befestigte Frontplatte I11, an der das Anzeigeelement 97 montiert ist und zwei Befestigungsschrauben 1t2 befestigt sind. Ein optischer Abtastmodul 113, der die Lichtemissionsdiode 81 und den Fototransistor 82 umfaßt, ist an der Rückseite der Druckschaltungsplatte 110 zusammen mit zwei Steckern 114 angeordnet. Wenn der Verteiler 12' in dem Rahmen 108 angeordnet und durch die Schraube 112 arretiert ist, wird der optische Abtastmodul 113 zur Abtastung einer Destimmten Bahn 42 angeordnet, um das Vorhandensein und NichtVorhandensein von Infrarotlicht reflektierenden Markierungen 4J auf dieser Bahn zu ermitteln. Das Ausgangesignal des Verteilermoduls 12 wird über einen abgeschirmten Leiter 115, einen verteilerkasten 11b und abgeschirmte Verteilerleitungen 11/ zu dem zugehörigen Entladungsmodul 13 übertragen. Wie Fig. zeigt, ist der Entladungsmodul 13¹ in dem abgeschirmten Gehäuse 118 angeordnet und nat ein Fenster 11y zur Betrachtung des Anzeigeelements 33. Die Stromschieire 24 kann nahe dem Fenster 119 angeordnet sein, um eine außerhalb des Gehäuses 118 angeordnete Lampe anzusteuern, ohne daß das Gehäuse 118 geöffnet werden muß. Durch einen gesonderten Modul 13 tür jeden Zylinder ist jeder Entladungsmodul 13 nahe seinem zugehörigen Maschinenzylinder angeordnet.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Zündeinrichtung weiterarbeitet, wenn der zeitsteuermodul 11 entfernt wird und ein kontinuierliches Signal auf die Abtastleitung 67 gegeben wird. Dadurch werden die Dioden 81 dem Verteilermodul 12' und die entsprechenden Dioden in den anderen Verteilermodulen 12 erregt. Jeder Verteilermodul 12 erzeugt dann ein Signal zur Triggerung seines zugehörigen kapazitiven Entladungsmoduls 13, wenn eine Markierung 43 auf der Bahn 42 ermittelt wird, die von diesem Verteilermodul abgetastet wird. Es kann jedoch bei der Aufrechterhaltung der richtigen

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Zündzeitpunkte in jedem einzelnen Zylinder ein Toleranzproblem auftreten. Obwohl die Markierungen auf der Steuerscheibe durch die verwendung von fotographischen Herstellungstechniken richtig angeordnet werden können, kann eine beträchtliche Abweichung bei der Empfindlichkeit der optischen Sensoren wie der Lichtemissionsdiode 81 und des Fototransistors 82 im Verteilermodul 12' auftreten. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dais die verschiedenen Bahnen 42 auf der Steuerscheibe 1u3 konzentrisch zur Welle 101 anyeordnet sind.Die Bahnen mit dem kleineren Durchmesser sind kritischer als die Bahnen mit dem größeren Durchmesser wegen der großen Differenz der Strecke, die längs einer Bahn mit gleichem Durchmesser gegenüber einer Bahn mit großem Durchmesser pro Grad IMdrehung der Welle 101 erfaßt wird. Der Zeitsteuermodul 11 ist vorgesehen, um diese Toleranzprobleme zu beseitigen. Vorzugsweise ist die Bahn 42 auf der Steuerscheibe diejenige mit dem größten Durchmesser. Durch fotographischt- Techniken können die einzelnen Markierungen 43a abstandsgleich über die Spur 42a verteilt werden. Die anderen Markierungen auf den anderen Spuren werden dann größer als notwendig ausgeoildet, um mögliche Toleranzprobleme zu beseitigen. Die einzelne Markierung für einen Verteilermodul zur Erzeugung eines Triggersignals wie die Markierung 43c für den Verteilermodul 12' wird unter der Lichtemissionsdiode und dem Fototransistor angeordnet, wenn ein Abtastsignal von dem Zeitsteuermodul auf die Leitung 67 gegeben wird.

Obwohl die Zündeinrichtung 10 als in einer explosionssicheren Kammer angeordnet beschrießen wurde, muß die Kammer nicht explosionssicher sein, wenn die Zündeinrichtung nicht an einem gefährlichen Platz verwendet wird. Die Kammer kann auch so ausgebildet sein, daß sie die Zündeinrichtung gegen eine korrosive Umgebung statt gegen eine explosive schützt. Auch können statt des beschriebenen optischen Abtasters mit einer Infrarotlichtquelle in Form einer Lichtemissionsdiode und einem Fototransistor

der so angeordnet ist, daß er von den lichtreflektierenden Markierungen auf der Steuerscheibe reflektiertes Licht aufnimmt, bei einer abgewandelten Ausführungsform die Steuerscheibe mit transparenten und lichtundurchlässigen Bereichen in jeder Bahn, die abgetastet wird, versehen sein. Die Lichtquelle ist auf der einen Seite dez Steuerscheibe angeordnet und der Lichtsensor ist auf der anderen Seite angeordnet, um die Steuerscheibe durchlaufendes Licht zu ermitteln. Bei einer anderen Ausführungsform sind die optischen Sensoren durch magnetische oder induktive ersetzt, die das Vorhandensein und Nichtvorhandensein entweder von Magneten oder ferromagnetischen Materialien zur Erzeugung von Abtastsignalen ermitteln. Die Steuerscheibe ist durch Verwendung von Magneten oder ferromagnetischen Punkten als den Markierungen abgewandelt. Der Synchrongenerator 27 kann axs integrales Teil der Zündeinrichtung 10 vorgesehen sein, wie Fig. 2 zeigt, oder kai,., in bestimmten Fällen als eine Spannunysquelle niedriger Spannung, wie sie bei üblichen Maschinen verwendet wird, und einen Wandler zur Umwandlung der niedrigen Spannung in eine höhere Spannung von z.B. 4θυ V Gleichspannung ersetzt werden. Die Zündeinrichtung 10 ist fur verschiedene Arten von Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung wie Kolbenmaschinen und Wankelmaschinen geeignet.

BAD ORIGINAL

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Hern· 1, 8000 München 40,

FrelligrsthstraBe 19 —, . . — _{u β}__κ_ Elsenacher Straße

« uipi.-ing. ti. n. »anr p«.-Anw.

PaL-Anw. Herrmann-Trente|MM DiOl-PtlVS EdUSfd BetzlSF Fernspiecher: 38 3011

Fernsprecher: 51013 f · f ' 3d 3012

⁸¹⁰¹⁴ Dlpl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl

Telegrammanschrlft: ■ Telesrammanschrlft:

Bahrpatente Harne PATENTANWÄLTE Babetzpat München

Telex QS22S863 Telex 5215380

ι ~ Bankkonten.

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Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Brennkammern

Ansprüche

Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren BrennKammern, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuerscheibe, eine Einrichtung zum Drehen der Zeitsteuerscheibe synchron mit der Maschine, erste Sensoreinrichtungen (44, 45) die eine bestimmte Bahn (42) auf der Steuerscheibe abtasten, wenn diese gedreht wird, um erste Signale in Abhängigkeit von bestimmten Teilen der Bahn zu erzeugen, gesonderte zweite Sensoreinrichtungen (46, 47) und gesonderte Kreise (13) mit kapazitiver Entladung, von denen jeweils einer einer Brennkammer in der Maschine zugeordnet ist, wobei die zweiten Sensoreinrichtungen bestimmte Bahnen auf der Steuerscheibe abtasten, wenn diese gedreht wird, um wahlweise zweite Signale in Abhängigkeit von der Erfassung bestimmter Teile der abgetasteten Bahnen während des Auftretens des ersten Signals zu erzeugen und jeder Entladekreis (13) einen Speicherkondensator

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(22) aufweist, eine Zündspule (16, 18; mit einer Primärwicklung und einem elektronischen Schalter (32) zur Entladung des Kondensators über die Primärwicklung, eine Einrichtung zum Laden des Kondensators und eine auf ein zweites Signal einer zweiten Sensoreinrichtung (46, 47) ansprechende Einrichtung, um den eleKtronischen Schalter in dem Entladekreis zu triggern, der dieser zweiten Sensoreinrichtung zugeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeinrichtung des Kondensators (22) in jedem Entxadekreis (13) einen Leiter aufweist, um dem Kondensator einen Ladestrom zuzuführen, und daß ein zweites Signal einer zweiten Sensoreinrichtung (4b, 47) dem zugehörigen Entladekreis au± dem Leiter zugeführt wird, der so geschattet ist, daß der Kondensator in dem Entlaaekreis (13) entladen wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeicnnet, daß eine Gleichspannungsquelle vorhanden ist, daß die Ladeeinrichtung des Kondensators (22) in dem Entladekreis (13) eine Einrichtung (41; aufweist, um dem Kondensator einen begrenzten Strom der Spannungsquelle über den angeschlossenen Leiter zuzuführen, und daü die zweite Sensoreinrichtung (46, 47), die diesem Entladekreis (1j) zugeordnet ist, die Spannung auf dem angeschlossenen Leiter in Abhängigkeit von der Erfassung des bestimmten Teils der Bahn verringert, die durch diese zweite Sensoreinrichtung während des Auftretens aes ersten Signals abgetastet wird, wobei die Spannungsabnahme auf dem angeschlossenen zweiten Leiter das zweite Signal bildet.
4. Einrichtung nach Anspruch ι, gekennzeichnet durch beleuchtete Anzeigeeinrichtungen (y7, 98), und dadurch, daß eine der Anzeigeeinrichtungen einen

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Ausfall der ersten Sensoreinrichtungen, jeder zweiten Sensoreinrichtung und jedes Entladekreises anzeigt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k en η zeichnet, daß eine induktive Schleife (2^) für jeden Entladekreis (13) vorgesehen ist, die mit dem elektronischen Schalter (32), dem Kondensator (22) und der Zündspule (16, 18) in einem Entiadkreis (13) in Reihe geschaltet ist, so daß ein Strom, der in dieser Reihenschaltung fließt, wenn der elektronische Schalter (32) getriggert ist, ein Feld um die induktive Schleife (24) zur Triggerung einer entfernt angeordneten Maschinenzeitsteuerlampe erzeugt.
6. Einrichtung nach Anspruch ι, gekennzeicn-

n e t durch eine erste explosionssichere Kammer (102), die die Steuerscheibe und die ersten und zweiten Sensoreinrichtungen enthält, und zweite explosionssichere Kammern, von denen jede einen der Entladekreise (13) enthält.
7. Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Brennkammern, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuerscheibe, eine Einrichtung zum Drehen der Steuerscheibe synchron mit der Maschine, gesonderte Sensoreinricntungen (44, 4b) und -gesonderte Kreise(13; mit kapazitiver Entladung, von denen jeder einer Brennkammer der Maschine zugeordnet ist und eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor aufweist, wobei die Sensoreinrichtungen bestimmte Bahnen (42) auf dex Steuerscheibe abtasten, wenn diese gedreht wird, um wahlweise die Triggersignale in Abhängigkeit von der wahlweisen Erfassung bestimmter Bereiche der Steuerscheibenbahnen durcn die Lichtdetektoren zu erzeugen und jedex Entladekreis (13) einen Speicherkondensator (22) aufweist,

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eine Zündspule (16, 18) mit einer Primärwicklung und einem elektronischen Schalter (32) zur Entladung des Kondensators über die Primärwicklung, an jeden Entladekreis angeschlossene Leiter zur Ladung des Kondensators in jedem Entladekreis, wobei das Triggersignal einer Sensoreinrichtung aus einem Spannungsabfall auf dem Leiter besteht, der mit dem Entladekreis (13) verbunden ist, der dieser Sensoreinrichtung zugeordnet ist, und eine einrichtung in jedem Entladekreis, aie auf einen Spannungsabfall auf dem angeschlossenen Leiter anspricht, um den elektronischen Schalter (32) in dem Entladekreis (13) zu triggern.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuereinrichtung zur periodischen Erregung der Lichtquellen in den Sensoreinrichtungen jedesmal dann, wenn ein Triggersignal erzeugt werden soll, wobei die Zeitsteuereinrichtung eine zweite Sensoreinrichtung aufweist, die so angeordnet ist, daß sie eine bestimmte äußere Bahn aur der Steuerscheibe abtastet, die einen gesonderten Destimmten Bereich für jede Brennkammer der Maschine hat, und die zweite Sensoreinrichtung ein Abtastsignal in Abhängigkeit von der Erfassung der gesonderten bestimmten Bereiche erzeugt, und eine auf das Abtastsignal ansprechende Einrichtung, um gleichzeitig die Lichtquellen zu erregen .
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mehrere beleuchtete Anzeigeeinrichtungen, und dadurch, daß eine der Anzeigeeinrichtungen einen Ausfall der Sensoreinrichtungen und jedes Entladekreises anzeigt.
10. Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, gekennzeichnet durch eine Zünd-

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spule (16, 18) mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung (17, 19), einen Speicherkondensator (22), einen elektronischen Schalter 132) mit einem Eingangs-, einem Ausgangs- und einem Steueranschluß, wobei der Kondensator, die Primärwicklung und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Schalters einen geschlossenen Serienkreis bilden, so daß in dem Kondensator gespeicherte Energie über die Primärwicklung entladen wird, wenn der Schalter durch ein Signal getriggert wird, das aut den Steueranschluß gegeben wird, einen mit dem Kondensator (22) verbundenen Leiter, eine Einrichtung, um dem Leiter einen konstanten Strom zur Ladung des Kondensators zuzuführen, eine auf eine bestimmte bpannungsänderung auf dem Leiter ansprechende Einrichtung, um ein Triggersignal auf die Steuerelektrode des Schalters (32) zu geben, und eine Einrichtung zur Erzeugung dieser bestimmten periodischen Spannungsänderung aut dem Leiter synchron mit der Maschine, wenn der Schalter getriggert werden soll.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Spannungsänderung ein Spannungsabfall ist, und daß die Einrichtung zur periodischen Erzeugung des bestimmten Spannungsabfalls zweite Schalter aufweist, die so geschaltet sind, daß die Spannung auf dem Leiter abnimmt, wenn sie geschlossen sind, sowie Einrichtungen zum periodischen Schließen der zweiten Schalter synchron mit der Maschine.

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