DE2922454C2 - - Google Patents
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B61/04—Adaptations of engines for driving vehicles or for driving propellers; Combinations of engines with gearing for driving propellers
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Kondensator-
Zündsystem für Verbrennungsmotore, insbesondere Außenbord
motore, mit einem mit Magneten bestückten, eine Mehrzahl
von Polen aufweisenden Schwungrad und zwei damit zusammenwir
kenden Magnetkernen, deren einer zur Speisung von Konden
satorladekreisen dienende Kondensatorladewicklungen tragende
Schenkel unter einem gegenseitigen Abstand, der gleich der
Polteilung des Schwungrades ist, aufweist und deren von den
die Kondensatorladewicklungen tragenden Schenkeln in einem
bestimmten Winkelabstand getrennt angeordneter anderer einen
eine zur Speisung von Triggerkreisen dienende Triggerwicklung
tragenden Schenkel aufweist.
Beispielsweise bei Außenbordmotoren für Boote werden heutzu
tage sehr hohe Ansprüche an sichere Motorfunktion auch bei
sehr kleinen Drehzahlen gestellt. Elektronische Zündsysteme,
die sich bei derartigen Motoren als sehr vorteilhaft erwiesen
haben, da sie feuchtigkeitssicheren Einbau ermöglichen, sind
gewöhnlich mit einer Ladespule zur Aufladung des in dem elektro
nischen Zündsystem vorhandenen Kondensators versehen. Die Lade
spule erhält ihre Induktion von am Schwungrad des Motors ange
ordneten Permanentmagneten. Es hat sich jedoch herausgestellt,
daß bei niedrigen Drehzahlen sowie beim Starten die erzeugten
Ladespannungen unzureichend sind, um einen Funkenüberschlag im
jeweiligen Zündstift hervorzurufen. Eine Möglichkeit, diesen
Nachteil zu beseitigen, besteht darin, daß eine Vielzahl, bei
spielsweise drei, Kernschenkel mit Ladespulen zur Zusammenar
beit mit dem betreffenden Ladekreis angeordnet werden, wobei
jede Spule ihren Beitrag zum Aufbau der notwendigen Kondensa
torladung abgibt. Dadurch werden gute Starteigenschaften so
wie ein sehr verläßlicher Leerlauf beim Motor erzielt. Bei
steigenden Drehzahlen entstehen jedoch unmittelbar Probleme
mit Überspannungen im Ladekreis und demzufolge die Gefahr,
daß Komponenten im Ladekreis, wie Gleichrichter, Thyristoren
u. dgl., zerstört werden.
Bei einem modernen Außenbordmotor wird die Zündanlage im all
gemeinen mit einem Generatorteil zusammengebaut, um Energie zu
Beleuchtungszwecken und gegebenenfalls Ladeenergie für einen
Akkumulator zu erhalten. Zu diesen Zwecken wird eine Mehrzahl
von entlang des Schwungradumkreises verteilten Magnetpolen be
nötigt, die mit einer Mehrzahl von Generatorspulen tragenden
Kernschenkeln zusammenarbeiten. Eine derartige Anordnung hat
Komplikation bezüglich der eigentlichen Triggeroperation zur
Folge, da die Triggerspule von einer Vielzahl vorbeilaufender
Magnetfelder beeinflußt wird. Es kann zur Auslösung an uner
wünschten Stellen entlang der Umdrehungsbahn kommen. Ferner
soll sich die Triggerspannung auch innerhalb einer großen
Drehzahlspanne innerhalb von vernünftigen Grenzwerten und auf
konstanter Höhe halten.
Ein elektronisches Kondensator-Zündsystem der eingangs
genannten Art wird in der nachveröffentlichten DE-OS 27 44
073 älteren Zeitrangs vorgeschlagen. Bei dem dort beschrie
benen elektronischen Zündsystem ist auch der die Trigger
wicklung tragende Schenkel der Magnetkerne entsprechend der
Polteilung des Schwungrades angeordnet. Dadurch stellt sich
eine Phasengleichheit zwischen den Triggerimpulsen und den
während dieser Triggerimpulse auftretenden Ladeimpulse ein,
so daß diese Ladeimpulse erst abgeschnitten werden, wenn die
Triggerimpulse die Höhe des Triggerniveaus erreicht haben,
weshalb die während des Auftretens der Triggerimpulse anfal
lenden Ladeimpulse einen Beitrag zur Ladespannung liefern,
was bei steigenden Drehzahlen aufgrund einer Überladung des
Ladekondensators zu unerwünschten Störungen führen kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches
Kondensator-Zündsystem zu schaffen, das sowohl gute Start
eigenschaften und einen zuverlässigen Leerlauf als auch einen
störungsfreien Betrieb bei höheren Drehzahlen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Kondensa
tor-Zündsystem der vorausgesetzten Art dadurch gelöst, daß
der die Triggerwicklung tragende Schenkel gegenüber der
durch die Polteilung bestimmten Lage in der Drehrichtung des
Schwungrades versetzt ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Bei der vorliegenden Erfindung gelingt es, die oben
angeführten Probleme zu lösen, wobei u. a. die Vorteile des
Vielspulensystemes bei niedrigen Drehzahlen beibehalten werden,
ohne daß schädliche Überspannungen bei hohen Drehzahlen ent
stehen.
Gemäß der vorliegenden Er
findung werden vorzugsweise drei Ladespulen angewandt, die in
Reihe geschaltet und jeweils an einem Polschenkel angeordnet
sind, wobei die Teilung des Polschenkel der Polteilung bei den
zusammenarbeitenden Schwungradmagneten entspricht. Vorzugsweise ist über alle
reihengeschaltete Spulen eine Schutzdiode geschaltet und
parallel mit dieser ein Varistorkreis, wobei über eine Spule
oder ein Spulenpaar eine weitere Schutzdiode geschaltet ist.
Durch diese Anordnung wird innerhalb einer großen Drehzahl
spanne eine unveränderliche Spannung erzielt. Das Auslösemoment wird
durch Phasenverschiebung auf später näher erklärte Weise ge
sichert.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen, die
ein Ausführungsbeispiel betreffen, näher erläutert werden. Hierbei
zeigt
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schaltkreises,
Fig. 2 die räumliche Anordnung von Lade-, Trigger- und Genera
torspulen, beispielsweise bei einem Außenbordmotor,
Fig. 3, 4 und 5 verschiedene Drehlagen des Schwungrades,
Fig. 6 und 7 Aufladekurven bei verschiedenen Geschwindigkeiten,
Fig. 8 die Abhängigkeit der Ladespannung von der Drehzahl,
Fig. 9 die Abhängigkeit der Ladespannung von der Drehzahl unter
anderen Bedingungen,
Fig. 10 den Induktionsverlauf im Ladekreis,
Fig. 11 die Lade- und Triggerimpulse und
Fig. 12 verschiedene Triggerimpulsbedingungen.
Der Kreis gemäß Fig. 1 besteht aus drei in Reihe miteinander
geschalteten Ladespulen 1, 2, 3 zur Erzeugung der erforderlichen
Ladespannung, die über einen Gleichrichter 4 einem Kondensator
5 aufgelegt wird. Über die Spulen 1, 2, 3 ist eine Schutzdiode
6, und über die Spulen 1, 2 eine weitere Schutzdiode 7 geschal
tet. Parallel mit der Schutzdiode 6 sind in Reihe ein Widerstand
8 und ein Varistor 9 od. dgl. geschaltet. Zwischen der Erde
und der Verbindung zwischen dem Gleichrichter 4 und dem Konden
sator 5 ist auf übliche Weise eine Thyristor 10 eingeschaltet
dessen Steuerelektrode 11 an einen Spannungsteiler angeschlossen
ist, der aus zwei reihengeschalteten Widerständen 12, 13 besteht.
Zwischen den Widerständen 12, 13 ist ein Gleichrichter 14
geschaltet, der mit einem Triggerspulenkreis in Verbindung steht,
der aus zwei parallelgeschalteten Spulen 15, 16 besteht. Der
Kondensator 5 ist auf dargestellte Weise an die Primärwicklung
17 eines Transformators 18 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung
19 an einen Zündstift 20 angeschlossen ist.
Aus Fig. 2 geht die mechanische Anordnung der in Fig. 1 ange
gebenen Spulen hervor. Auf einer Ankerplatte 21 sind vier
Kerne 22, 23, 24 und 25 aus magnetisch leitendem Material an
geordnet. Die Ankerplatte ist mit einer Öse 21′ zur Zusammen
arbeit mit einer nicht dargestellten Anordnung zur Drehung
der Ankerplatte zwecks Zündeinstellung versehen. Die Kerne
haben jeweils vier Schenkel. Die Schenkel des Kernes 22 sind
mit 26, 27, 28 und 29 bezeichnet. Die Schenkel 27, 28 und 29
tragen die jeweiligen Ladespulen 1, 2 und 3. Der Schenkel 26
trägt einen Triggerspulenkreis 15′/16′, der später näher er
läutert wird. Die vier Schenkel des Kernes 23 mit zugehörigen
Polschuhen 30 tragen jeweils eine Generatorspule 31 und bilden
somit einen Teil des elektrischen Generators der Anordnung. Der
Kern 24 hat, gleicher Weise wie der Kern 22, vier Schenkel 32,
33, 34 und 35. Der Schenkel 32 trägt die dem vorher beschriebe
nen Kreis zugehörigen Triggerspulen 15/16. Die Schenkel 33, 34
und 35 tragen, gleicher Weise wie die Schenkel 27, 28 und 29,
jeweils eine Triggerspule 1′, 2′, 3′ eines zweiten Trigger
kreises, der von dem ersten Kreis getrennt ist und einen Zünd
stift in einem zweiten Zylinder versorgt, wobei die Trigger
spulen dieses zweiten Kreises von den vorher erwähnten Spulen
15′/16′ am Schenkel 26 gebildet werden. Der Kern 25 hat in gleicher
Weise wie der Kern 23 vier mit Polschuhen 36 versehene Schenkel,
die weitere Generatorspulen 37 tragen, welche auf zweckent
sprechende Weise mit den vorher genannten Generatorspulen 31
verbunden sind. Da die vorliegende Erfindung die Anordnung der
Generatorspulen nicht betrifft, ist deren Schaltung in der
Zeichnung nicht näher dargestellt.
Auf der Innenseite eines Schwungrades 38 ist kranzförmig eine
Mehrzahl von Magneten mit den Polen N und S angeordnet. Unge
fähr zwei Drittel der Innenseite des Schwungrades sind mit
Magneten bestückt, wobei das weitere Drittel frei von Magneten
ist. In der Praxis werden am Schwungrad natürlich Gegenge
wichte zur Ausbalancierung der Magnete angeordnet, die jedoch
in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Es wird angenommen,
daß sich das Schwungrad in Richtung des Pfeiles 39 dreht. Der
in Drehrichtung erste Magnet, der einen Südpol aufweist,
ist mit 40 bezeichnet. Der nächste Magnet, der einen Nord
pol aufweist, ist mit 41 bezeichnet und der darauffolgende
Magnet 42 weist wiederum einen Südpol auf. Die übrigen
Magneten, die abwechselnd Nord- und Südpole aufweisen, sind
mit 43 bis 51 bezeichnet.
Was den allgemeinen Aufbau anbelangt, so ist zu beachten, daß
die die Trigerspulen tragenden Schenkel 26 und 32 nicht
radial wie die übrigen Schenkel verlaufen, sondern schräg
gegen die Drehrichtung geneigt sind. Der Zweck dieser An
ordnung wird später erklärt werden. Aus Fig. 2 geht hervor,
daß die Diode 7 zwischen der Erde, d. h. dem Kern 22, und
der Verbindung zwischen den Spulen 2 und 3 angeordnet ist.
Von der Spule 3 geht eine Leitung 52 aus, welche zu der
in Fig. 1 dargestellten Diode 4 und zur Anode der Diode 6
sowie zum Widerstand 8 führt.
Eine ähnliche Leitung 52′ geht von der Spule 3′ zu deren
Zündkreis. Zwischen der Erde, d. h. dem Kern 24, und dem
Verbindungspunkt zwischen den Spulen 2′ und 3′ ist eine
Diode 7′ eingeschaltet. Von den verbundenen Zündspulen
15/16 geht eine Leitung 53 zur Diode 14 (Fig. 1). Eine
ähnliche Leitung 53′ geht von den Zündspulen 15+/16′ aus.
Da es sich hier um zwei identische Zündanlagen handelt,
wird im folgenden die Arbeitsweise bloß der ersten Zünd
anlage beschrieben.
Im Zentrum der ganzen Anordnung befindet sich die das
Schwungrad 38 tragende Welle 54.
Die Anordnung arbeitet auf folgende Weise:
Es sei angenommen, daß die Ausgangslage der in Fig. 2 dargestellten Lage entspricht, d. h., daß der Magnet 40 mit dem Schenkel 27 und der Magnet 41 mit dem Schenkel 26 zusammenarbeitet, so daß zusammen mit dem betreffenden Teil des Kernes 22 ein geschlossener Magnetkreis zustande kommt. Die Wicklungsrichtung der Spule 1 ist derartig, daß bei Induktion ein s. g. negativer Initialimpuls er zeugt wid. Dieser Impuls ist verhältnismäßig schwach und in Anbetracht der Richtung der Ladediode 4 wird er von ihr gesperrt. Wenn sich nun das Schwungrad in Richtung des Pfeiles 39 dreht, so daß der Magnet 40 mit dem Schenkel 28 und der Magnet 41 mit dem Schenkel 27 zusammenarbeiten, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, so findet im Schenkel 27 maximale Flußumkehrung statt, was zur Folge hat, daß in der Spule 1 ein Spannungsimpuls in positiver Richtung induziert wird, d. h. in solcher Richtung, daß der Lade strom nun über die zwei anderen Ladespulen 2 und 3 durch die Diode 4 fließen kann. Die Wicklungsrichtung der Spule 2 ist entgegengesetzt derjenigen der Spule 1. Dadurch entsteht in der Spule 2 infolge der Zusammenarbeit des Schenkels 28 mit dem Magneten 40 ein positiver Initialimpuls, der also das gleiche Vorzeichen wie der in der Spule 1 er zeugte Impuls hat. Der Impuls in der Spule 1 addiert sich somit mit dem letztgenannten Initialimpuls. Wenn die Magnete sich gemäß Fig. 4 um einen Schritt weiter gedreht haben, so daß der Magnet 41 mit dem Schenkel 2 zusammenarbeitet, findet im Schenkel 28 durch Einwirkung des Magneten 41 eine volle Flußumkehrung in negativer Richtung statt, wobei ein negativer Initialimpulse in der Spule 3, die die gleiche Wicklungsrichtung wie die Spule 1 hat, erzeugt wird. In zwischen hat eine entgegengesetzte Flußumkehrung in dem ersten Schenkel 27 stattgefunden, wodurch in der Spule 1 eine Induktion in negativer Richtung entstanden ist, gleichzeitig mit einer negativen Induktion in der Spule 2.
Es sei angenommen, daß die Ausgangslage der in Fig. 2 dargestellten Lage entspricht, d. h., daß der Magnet 40 mit dem Schenkel 27 und der Magnet 41 mit dem Schenkel 26 zusammenarbeitet, so daß zusammen mit dem betreffenden Teil des Kernes 22 ein geschlossener Magnetkreis zustande kommt. Die Wicklungsrichtung der Spule 1 ist derartig, daß bei Induktion ein s. g. negativer Initialimpuls er zeugt wid. Dieser Impuls ist verhältnismäßig schwach und in Anbetracht der Richtung der Ladediode 4 wird er von ihr gesperrt. Wenn sich nun das Schwungrad in Richtung des Pfeiles 39 dreht, so daß der Magnet 40 mit dem Schenkel 28 und der Magnet 41 mit dem Schenkel 27 zusammenarbeiten, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, so findet im Schenkel 27 maximale Flußumkehrung statt, was zur Folge hat, daß in der Spule 1 ein Spannungsimpuls in positiver Richtung induziert wird, d. h. in solcher Richtung, daß der Lade strom nun über die zwei anderen Ladespulen 2 und 3 durch die Diode 4 fließen kann. Die Wicklungsrichtung der Spule 2 ist entgegengesetzt derjenigen der Spule 1. Dadurch entsteht in der Spule 2 infolge der Zusammenarbeit des Schenkels 28 mit dem Magneten 40 ein positiver Initialimpuls, der also das gleiche Vorzeichen wie der in der Spule 1 er zeugte Impuls hat. Der Impuls in der Spule 1 addiert sich somit mit dem letztgenannten Initialimpuls. Wenn die Magnete sich gemäß Fig. 4 um einen Schritt weiter gedreht haben, so daß der Magnet 41 mit dem Schenkel 2 zusammenarbeitet, findet im Schenkel 28 durch Einwirkung des Magneten 41 eine volle Flußumkehrung in negativer Richtung statt, wobei ein negativer Initialimpulse in der Spule 3, die die gleiche Wicklungsrichtung wie die Spule 1 hat, erzeugt wird. In zwischen hat eine entgegengesetzte Flußumkehrung in dem ersten Schenkel 27 stattgefunden, wodurch in der Spule 1 eine Induktion in negativer Richtung entstanden ist, gleichzeitig mit einer negativen Induktion in der Spule 2.
Wenn sich das Schwungrad weiter in Richtung des Pfeiles
36 dreht, entsteht, wie klar ersichtlich ist, volle Fluß
umkehrung in allen drei Schenkeln, wobei gleichzeitig in
den Spulen 1, 2 und 3 gleichzeitige Sinusschwingungen ent
stehen. Nachdem diese Sinusschwingungen der Diode 4 zuge
führt worden sind, entstehen während der positiven Halb
periode Impulse, die dem Kondensator 5 zwecks dessen Auf
ladung zugeführt werden können.
Wie aus der Kurve 55 in Fig. 6 ersichtlich ist, wird bei
jeder Flußumkehrung die Ladung des Kondensators 5 auf ein
neues Niveau gehoben. Bei der hier in Betracht kommenden,
verhältnismäßig niedrigen Rotordrehzahl erreicht man bei
einer ersten maximalen Flußumkehrung in der betreffenden
Spule ein Ladeniveau 56, bei der nächsten Flußumkehrung
ein Ladeniveau 57 und bei der folgenden Flußumkehrung
ein Ladeniveau 58, welches der Vollaufladung des Kondensators
entspricht. Auch bei weiteren Flußumkehrungen in den be
treffenden Schenkeln werden gewiß Spannungsimpulse erzeugt,
welche den maximal zugelassenen Wert der Ladespannung über
schreiten, doch werden diese überschreitenden Spannungswerte
vom Varistorkreis 8, 9 unschädlich gemacht.
Bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten des Schwungrades ver
kürzt sich die Zeit für die Induktion der Ladeimpulse,
auch wenn die induzierte Spannung momentan höher als bei
niedriger Drehzahl werden kann. Fig. 7 zeigt, wie der Lade
verlauf bei höheren Drehzahlen, z. B. bei Vollauf, aussieht.
Die Kurve 59 weist eine Mehrzahl von Ladeniveaus 60, 61,
63 und 64 auf, die von den horizontalen Kurventeilen dar
gestellt sind, wobei das letzte Niveau 64 der Volladung
entspricht.
In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand und in den darauf
folgenden Drehlagen der Magnete entsteht, wie bereits an
geführt, bei der ersten maximalen Flußumkehrung in der
Spule 1 ein positiver Impuls, der über die Spulen 2 und 3
der Diode 4 zugeleitet wird. In den Spulen 2 und 3 entsteht
hierbei, und das gilt insbesondere für die Spule 3, die frei
von magnetischem Fluß ist, eine Drosselwirkung, die den
induzierten Ladestrom aus der Spule 1 dämpft. Diese Drossel
wirkung wird natürlich umso markanter, je schneller sich
die Magnete drehen, d. h., daß die Drosselwirkung mit steigen
der Impulsfrequenz wächst. Dies erklärt u. a. die niedrigen
Ladewerte, die am Anfang der Kurve 59 in Fig. 7 erhalten
werden. Während des Betriebes entstehen gewiß ansehnliche
negative Halbperioden, und die Diode 4 muß natürlich ge
gen allzu hohe Rückspannungen geschützt werden. Zu diesem
Zwecke ist in erster Reihe eine Diode 6 über allen drei
Spulen 1, 2, 3 angeordnet. Für die Funktion des Kreises
ist es jedoch notwendig, daß der Spannungsabfall so auf
geteilt wird, daß aus den Spulen 1 und 2 stammende nega
tive Halbperioden separat von einer Diode 7 übernommen
werden. Durch eine derartige Stromverteilung während der
negativen Halbperioden werden mehrere Vorteile erreicht.
Wie klar ersichtlich ist, ist der von den Spulen 1 und 2
und der Diode 7 gebildete Kreis völlig kurzgeschlossen,
wobei die Spulen 1 und 2 hoch belastet werden. Während der
negativen Halbperioden bildet der aus den Spulen 1 und 2
und der Diode 7 bestehende Stromkreis eine Impedanz für die
Spule 3 und die Diode 6, wodurch der durch diese Diode
fließende Strom begrenzt wird. Das hat zur Folge, daß
die Spule 3 beim Übergang in die positive Halbperiode
von einem über dem erstgenannten Kreis aufgebauten Spannungs
pegel ausgeht, wodurch auch bei hohen Drehzahlen im ganzen
Kreis eine Spannungsverzögerung zustande kommt. Dies ist
deutlich ersichtlich aus Fig. 8, wo die Abhängigkeit der
Ladespannung von der Drehgeschwindigkeit der Schwungrad
magnete gezeigt wird. In einem praktischen Fall sei ange
nommen, daß die Spulen 1 und 2 jeweils 5000 Windungen,
die Spule 3 jedoch 3500 Windungen, aufweisen. Aus der
voll ausgezogenen Kurve in Fig. 8 ist ersichtlich, daß
die Windungszahl 3500 der Spule 3 bei Drehzahlen über
6000 Umdrehungen je Minute eine unbedeutende Senkung der
Ladespannung herbeiführt in Verhältnis zu derjenigen
Spannung, die beispielsweise bei 500 oder 1000 Umdrehungen
erreicht wird. Wenn die Windungszahl der Spule 3 auf 4000
erhöht wird, so entsteht eine ansehnliche Spannungssenkung
im Bereich der hohen Drehzahlen, während, wenn die Spule 3
bloß 3000 Windungen aufweist, eine im wesentlichen gerade
Kurve im Bereich der hohen Drehzahlen erhalten wird.
Wie ersichtlich, so ist es bei der dargestellten Schaltung
die Dimensionierung der Spule 3, welche die Spannungskurve
für die Aufladung bestimmt. Würde aus dem dargestellten
Kreis die Diode 7 ausgeschlossen werden, so erhält die
Ladespannungskurve die aus Fig. 9 ersichtliche Form mit
einer unmittelbar eintretenden markanten Senkung der Lade
spannung bei steigenden Drehzahlen. Die Einschaltung und
Funktion der Diode 7 ist somit ausschlaggebend. Folglich
ist mittels der dargetellten Schaltung eine erwünschte
Funktion ausschließlich durch Kombination von passiven
Komponenten erreicht worden, was vom Gesichtspunkt der
Konstruktion sehr vorteilhaft ist.
Wie bereits angeführt, so werden beim Drehen der Schwung
radmagnete an den Schenkeln 27, 28, 29 vorbei auch weiterhin
Spannungsimpulse in den Spulen 1, 2 und 3 erzeugt, aber
diese Impulse haben nach voller Aufladung keinen weiteren
Einfluß auf den Ladezustand. Der erste Magnet 40 nähert
sich nun dem Schenkel 32, der die Triggerspulen 15/16 trägt.
Während seiner vorherigen Bewegung an den Polschuhen 30
und Spulen 31 vorbei hat dieser Magnet zufolge der ent
standenen Flußumkehrung die erforderliche Generatorspannung
in diesen Spulen erzeugt. Wenn der Magnet 40 mit dem Schenkel
32 zusammenzuarbeiten beginnt, entsteht zufolge der gege
benen Windungsrichtung ein für die Zündung negativer
Initialimpuls. Wenn der Magnet 41 nachher mit dem Schenkel
32 zusammenarbeitet, entsteht volle Flußumkehrung, was zur
Folge hat, daß ein positiver Impuls aufgebaut wird, der
über den Gleichrichter 14 und den Spannungsteiler 12, 13
der Steuerelektrode 11 des Thyristors 10 zugeführt wird.
In Fig. 10 sind zwei Kurven 65 und 66 dargestellt, wobei
mittels Trennlinien die Länge der Kurven verkürzt wurde
zwecks Auszuklammerung unwesentlicher Kurventeile. Die
Kurven zeigen den Spannungsaufbau in offenem Kreis in den
betreffenden Lade- und Triggerspulen. Es ist hier klar
ersichtlich, daß die Kurve 66 phasenmäßig etwas vor der
Kurve 65 liegt, was darauf zurückzuführen ist, daß der
betreffende Schenkel 32 schräg gegen die Bewegungsrichtung
39 der Magnete gerichtet ist. Die dadurch entstandene
Phasenverschiebung hat Bedeutung für den Verlauf der
eigenen Zündfunktion.
In Fig. 11 sind bloß die positiven Halbwellen 65′, 66′
der Kurven 65, 66 gemäß Fig. 10 dargestellt. In der ersten
positiven Halbperiode der Kurve 66 und bei einem Trigger
niveau T, d. h. in dem Augenblick, in dem Triggerung statt
finden soll, entladet sich die bereits im Kondensator vor
handene Ladung völlig, und ein Zündfunke entsteht. Gleich
zeitig mit dieser Entladung entsteht jedoch zufolge der
noch andauernden Induktion in den Spulen 1, 2 und 3, ein
Ansatz zum Aufbau einer Ladespannung, was durch den Kurven
teil 65′′ dargestellt ist. Wie aus dem rechten Teil der
Fig. 11 klar hervorgeht, wird jedoch eine Aufladung durch
den anwachsenden und phasenverschobenen Triggerimpuls 66′
wirksam verhindert. Wenn die Kurve 65′′ das Null-Niveau
durchquert, hat die Triggerkurve 66′, die zeitmäßig nach
vorwärts phasenverschoben ist, das Trigger-Niveau erreicht
und der Thyristor 10 öffnet sich, so daß der Ladeimpuls,
der bei geschlossenem Thyristor 10 den Kondensator 5 auf
geladen hätte, über den Thyristor abgeleitet wird. Dieser
Vorgang wiederholt sich auch weiterhin, und jede Tendenz,
eine Ladung im Kondensator 5 aufzubauen, wird durch die
betreffende Phasenverschiebung der Triggerimpulse unter
drückt. Auch wenn der letzte Magnet 51 der Spule 3 ver
lassen hat, werden weiterhin Triggerimpulse in den Spulen
15/16 erzeugt, was zur Folge hat, daß, wenn der letzte
Magnet 51 auch die Triggerspulen 15/16 verlassen hat, der
Kondensator 5 garantiert ladungsfrei ist. Gleichzeitig
mit voller Flußumkehrung in der Spule 1 kommt es, wie
aus Fig. 3 hervorgeht, zu einer Triggerung zufolge dessen,
daß die letzte Flußumkehrung nun im Triggerschenkel 32
zufolge des Durchganges des Magnetens 51 stattgefunden
hat. Das hat zur Folge, daß der zuerst erzeugte Ladeimpuls
in der Spule 1 immer abgeleitet wird. Der Grund hierfür ist
einerseits, daß die erste Flußumkehrung nie die Kraft
erreicht, welche die folgenden Umkehrungen zufolge physi
kalischer Bedingungen erreichen, anderseits, daß es er
wünscht ist, die Zeit während der der Kondenator aufge
laden ist, so kurz wie möglich zu halten, um Degeneration
zu verhindern.
In der Praxis kann es zweckmäßig sein, mehr Magnete
vorzusehen, als dargestellt sind, wodurch eine Kondensatorauf
ladung bloß während eines oder einiger weniger kräftiger
Ladeimpulse stattfindet. Die Triggerschenkel 26 und 32
sind der Einwirkung von Magnetfeldern ausgesetzt, die
zwischen den Schenkeln der Generatorspulen und dem betreffen
den Triggerschenkel entstehen. Die Generatorspulen sind oft
belastet mit der Folge, daß der im Triggerschenkel aufge
baute Magnetfluß in gewissem Ausmaß ausgeglichen wird,
wodurch eine verhältnismäßig störungsfreie Triggerfunktions
kurve erreicht wird. Der Anschluß an die benachbarten Magnet
kreise 33, 34, 35 trägt ebenfalls zu diesem Ausgleich der Trig
gerimpulse bei. Nach dem Anfangsstadium des eigentlichen
Triggermomentes werden die Triggerspulen 15/16 selbst über
einen Widerstand 13 belastet, wodurch eine regelmäßige und
abgewogene Triggersteuerung erreicht wird.
Wie bereits erwähnt wurde, besteht der eigentliche Trigger
kreis aus zwei Spulen 15 und 16 mit stark abweichenden
Windungszahlen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß
eine sehr ausgeglichene Triggerspannung in einem großen Dreh
zahlgebiet sowie ausgeprägte Triggerimpulse erreicht
werden. In Fig. 12 sind links die Impulsformen dargestellt,
die erreicht werden, wenn eine einfache Spule zur Erzeugung
von Triggerimpulsen angewandt wird. Diese Triggerimpulse
67 weisen an ihrem unteren abschließenden Teil Unregel
mäßigkeiten 68 in Form von Sprungkurven auf. Diese Unre
gelmäßigkeiten verursachen, insbesondere bei hohen Drehzahl
en, undeutliche Triggerung und man erhält nicht den ge
wünschten reinen Verlauf, trotz der zur Belastung der je
weiligen Magnetkreise unternommenen Maßnahmen. Außerdem
entstehen Zwischenimpulse 69. In diesem Zusammenhang muß
in Betracht gezogen werden, daß zufolge der hier vor
kommenden vielen Flußwellen s. g., magnetische Turbulenz
leicht entstehen kann, d. h. Flußwanderungen, die nicht
regelmäßig an gewünschte Flußwellen gebunden sind. Durch
die parallele Anordnung von zwei Spulen 15, 16 mit ver
schiedenen Windungszahlen wird erreicht, daß bei niedrigen
Drehzahlen die Spule mit den vielen Windungen, im vorliegen
den Fall die Spule 16, für die Erzeugung der erforderlichen
Triggerspannungen entsteht, aber von der Spule mit weniger
Windungen kräftig belastet wird. Bei hohen Drehzahlen da
gegen hält die Spule mit weniger Windungen die zur Er
zeugung der Triggerimpulse erforderliche Spannung, steuert
aber wegen ihrer niedrigeren Windungszahl die Spannung
der Spule 16 mit den vielen Windungen. Bei höheren Dreh
zahlen des Motors wächst natürlich auch die Frequenz,
wobei die inneren Verluste in der Spule 16 mit vielen
Windungen zur erwünschten Aufrechterhaltung der Spannung
beitragen. Die Triggerimpulse 70, die hierbei erhalten wer
den, sind in Fig. 12 rechts dargestellt.
Analog wie nun für den Kreis beschrieben worden ist, der
den Spulen 1, 2, 3 zugehört, arbeitet auch ein nicht dar
gestellter, den Spulen 1′, 2′, 3′ zugehöriger Kreis mit
Triggerspulen 15′ und 16′. Im vorliegenden Zusammenhang
ist es zweckmäßig, die Magnete so zu verteilen, daß unge
fähr zwei Drittel einer Umdrehung bedeckt sind. Eine An
ordnung, bei der die ganze Umdrehung bedeckt wäre, würde nicht
arbeiten, da konstante Austriggerung der Ladespannungen
stattfinden würde, insofern nicht z. B. ein Magnet gewendet
wird, wodurch eine magnetische Lücke entstehen würde.
Bloß zwei einander gegenüber angeordnete Segmente mit
Magneten könnten rein zündtechnisch funktionieren, aber
mit Hinsicht auf den Generatorteil ist eine derartige
Anordnung minder empfehlenswert, da man einerseits un
regelmäßigen Spannungsaufbau im Generatorkreis und ander
seits allzu ungünstige Energieausbeute erreichen würde.
Claims (13)
1. Elektronisches Kondensator-Zündsystem für Verbren
nungsmotore, insbesondere Außenbordmotore, mit einem mit
Magneten (40-51) bestückten, eine Mehrzahl von Polen auf
weisenden Schwungrad (38) und zwei damit zusammenwirkenden
Magnetkernen (22 bzw. 24), deren einer zur Speisung von Kon
densatorladekreisen dienende Kondensatorladewicklungen (1, 2, 3
bzw. 1′, 2′, 3′) tragende Schenkel (27, 28, 29 bzw. 33, 34, 35)
unter einem gegenseitigen Abstand, der gleich der Polteilung
des Schwungrades (38) ist, aufweist und deren von den die
Kondensatorladewicklungen (1, 2, 3 bzw. 1′, 2′, 3′) tragenden
Schenkeln (27, 28, 29 bzw. 33, 34, 35) in einem bestimmten Win
kelabstand getrennt angeordneter anderer einen eine zur
Speisung von Triggerkreisen dienende Triggerwicklung (15/16
bzw. 15′/16′) tragenden Schenkel (32 bzw. 26) aufweist, da
durch gekennzeichnet, daß der die Triggerwicklung (15/16
bzw. 15′/16′) tragende Schenkel (32 bzw. 26) gegenüber der
durch die Polteilung bestimmten Lage in der Drehrichtung des
Schwungrades (38) versetzt ist.
2. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Ladewicklungen tragenden Schenkel
(27, 28, 29 bzw. 33, 34, 35) im Verhältnis zum Schwungrad (38)
radial verlaufen und der die Triggerwicklung (15/16 bzw. 15′/
16′) tragende Schenkel (32 bzw. 26) von der radialen Richtung
abweicht und gegen die Drehrichtung des Schwungrades (38) ge
neigt ist.
3. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der die Triggerwicklung (15/16 bzw. 15′/
16′) tragende Schenkel (32 bzw. 26) von der radialen Richtung
um etwa 10° abweicht.
4. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Triggerpegel (T) und
die Steigung des ansteigenden Teils der in der Triggerwick
lung (15/16 bzw. 15′/16′) induzierten Triggerimpulse derart
aufeinander abgestimmt sind, daß die Triggerung im wesent
lichen dann stattfindet, wenn der Aufbau eines in einer
Kondensatorladewicklung (1, 2, 3 bzw. 1′, 2′, 3′) induzierten
Ladeimpulses beginnt (Fig. 11).
5. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des die Trigger
wicklung (15/16 bzw. 15′/16′) tragenden Schenkels (32 bzw.
26) zur Lage der zugeordneten die Kondensatorladewicklungen
(1, 2, 3 bzw. 1′, 2′, 3′) tragenden Schenkel (27, 28, 29 bzw. 33,
34, 35) derart bestimmt ist, daß jeweils einer oder mehrere
der anfänglichen in den Kondensatorladewicklungen (1, 2, 3 bzw.
1′, 2′, 3′) induzierten Kondensatorladeimpulse ausgetriggert
wird bzw. werden.
6. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerwicklung aus
zwei miteinander parallelgeschalteten Teilwicklungen (15, 16
bzw. 15′, 16′) besteht, von denen die eine (15) eine niedrige
und die andere (16) eine hohe Impedanz hat und vorzugsweise
über einen Gleichrichter (14) an den Triggerkreis (10 bis 13)
angeschlossen sind.
7. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Triggerwicklung
(15/16 bzw. 15′/16′) tragende Schenkel (32 bzw. 26) in einem
Abstand von ungefähr sechs Magnetpolen längs der Umlaufbahn
des Schwungrades (38) von den zugehörigen die Kondensator
ladewicklungen (1, 2, 3 bzw. 1′, 2′, 3′) tragenden Schenkeln (27,
28, 29 bzw. 33, 34, 35) entfernt angeordnet ist.
8. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (38)
die Magnetpole (40 bis 51) entlang eines Teiles, vorzugsweise
zwei Drittel, seines Umfanges aufweist.
9. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Schenkeln (27,
28, 29 bzw. 33, 34, 35) des einen Magnetkerns (22 bzw. 24) ge
tragenen Kondensatorladewicklungen (1, 2, 3 bzw. 1′, 2′, 3′) in
Reihe geschaltet sind, wobei zwei benachbarte Kondensator
ladewicklungen (1, 2 bzw. 1′, 2′) von einem Gleichrichter (7)
überbrückt sind, der so gepolt ist, daß er für die in den
beiden Kondensatorladewicklungen (1, 2 bzw. 1′, 2′) erzeugten
Kondensator-Ladeimpulse stromsperrechend ist, und wobei alle
Kondensatorladewicklungen (1, 2, 3 bzw. 1′, 2′, 3′) gemeinsam von
einem Spannungsreglerkreis (6, 8, 9) überbrückt sind.
10. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spannungsreglerkreis aus einem Vari
stor (8, 9) und einem zu diesem parallelgeschalteten Gleich
richter (6) besteht, der so gepolt ist, daß er für die
Kondensator-Ladeimpulse stromsperrend ist.
11. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite der in Reihenschal
tung verbundenen Kondensatorladewicklungen (1, 2, 3 bzw. 1′, 2′,
3′) eine zu den anderen entgegengesetzte Windungsrichtung
hat.
12. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche
9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Kon
densatorladewicklungen (1, 2 bzw. 1′, 2′) von insgesamt drei in
Reihe geschalteten Kondensatorladewicklungen im wesentlichen
die gleiche Windungszahl haben, während die dritte Kondensa
torladewicklung (3, 3′) zur Anpassung der Ladespannungskurve
innerhalb des in Betracht zu ziehenden Drehzahlbereichs des
Verbrennungsmotors eine abweichende Windungszahl aufweist.
13. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche
1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Ma
gnetkernen (22 bzw. 24) weitere Magnetkerne (23, 25) angeord
net sind, die Schenkel aufweisen, welche Generatorwicklungen
(31, 37) zu Beleuchtungszwecken tragen.
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