-
Unterbrecberlose Ziindvorrichtg ftir 3rennraftmaschinen
-
3ES OHRE I3UNG Die Erfindung betrifft eine unterbrecherlose ZUndvorrich
tung der Kondensatorentladungsbauart für Brennkraftmaschinen.
-
Während der letzten Jahre hat eine erhebliche Vermehrung kleiner mit
Kraftantrieb versehener Vorrichtungen mit geringer Antriebsleistung, z.B. von Kettensägen
und dergl., die jeweils durch eine kleine Einzylinder-Brennkraftmaschine angetrieben
werden, stattgefunden, Eine Zündvorrichtung für solche Maschinen ist in der US-PS
4 036 201 beschrieben.
-
Bei dieser Zündvorrichtung sind die elektronische Schaltung, die Zündspule
und die Ladespule für den Kondensator sämtlich in einer geschlossenen Baueinheit
untergebracht, die sich
leicht an einem Schenkelabschnitt des aus
einzelnen Blechen aufgebauten Kerns der Statorkonstruktion anbringen läßt.
-
Bei dieser Anordnung ergibt sich ein raumsparender Aufbau, so daß
sichdie Zündvorrichtung durch den Hersteller der Brennkraftmaschine leicht als geschlossene
Einheit an kleinen Brennkraftmaschinen für Kettensägen und dergl. anbringen läßt.
Bei den meisten bekannten Konstruktionen ist jedoch zwischen den Schenkeln des aus
einzelnen Blechen aufgebauten Kerns nur ein kleiner Abstand vorhanden, so daß es
schwierig ist, die Ladespule auf einem Schenkel des Kerns und die Zündspule auf
dem anderen Schenkel anzuordnen. Erhebliche Unzuträglichkeiten bezüglich der Konstruktion
und des Einbaus der getrennten Spulen lassen sich durch die Verwendung einer geschlossenen
Spulenbaueinheit nach der Erfindung vermeiden.
-
Bei der Zündvorrichtung nach der genannten US-PS sind die Ladespule
und die Zündspule als Baueinheit auf dem mittleren Schenkel eines aus einzelnen
Blechen aufgebauten Statorkerns mit drei Schenkeln angeordnet. Diese Spulen sind
während der Drehung der durch den Läufer unterstützten Magnetpolteile zum Erzeugen
des Magnetflusses ständig den gleichen Änderungen des Magnetflusses ausgesetzt.
Das umlaufende Magnetfeld bewirkt, daß ohne Rücksicht auf die Drehrichtung des Läufers
gegenüber der Spulenbaugruppe auf dem Kern gleichzeitig Spannungen in der Ladewicklung
und der Primärwicklung der Zündspule induziert werden. Ferner besteht keine funktionelle
Beziehung zwischen den Steuerzeiten der Brennkraftmaschine und dem Umfangsabstand
der Schenkel des Kerns, wie es gewöhnlich bei unterbrecherlosen Zündvorrichtungen,
z.B.
-
denen nach den US-PSen 3 941 111 und 4 056 088 der Fall ist.
-
Bei diesen bekannten Zündvorrichtungen richtet sich der Zündzeitpunkt
nach dem Abstand zwischen den Schenkeln des Kerns, da die Ladespule auf dem in der
Drehrichtung des Magnetfeldes vorauEseilenden Schenkel des Kerns angeordnet ist,
während die Zünd- oder Transformatorspule auf dem nacheilenden Schenkel angeordnet
ist. Bei diesen Anordnungen werden in der Ladespule durch einen magnetischen Streufluß
in dem
vorauseilenden Schenkel Neben- oder Seitenimpulsspannungen
erzeugt, wenn der umlaufende Magnet zunächst in Fluchtung mit dem vorauseilenden
Kernschenkel kommt. Die Amplitude dieser Nebenimpulse variiert in Abhängigkeit von
der Drehzahl des Magnetfeldes, und bei hohen Drehzahlen können diese Impulse zu
Störungen bezüglich des Zündzeitpunkts führen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine unterbrecherw lose Kondensatorentladungs-Zundvorrichtung zu schaffen, bei der
die elektronische Schaltung, die Kondensatorladespule und die Zündspule in einer
geschlossenen Abaueinheit untergebracht sind, die auf dem vorauseilenden Schenkel
des Statorkerns angeordnet ist. Ferner soll eine solche ZUndvorrichtung geschaffen
werden, be der die Ladespule, die Primärspule und die Sekundärspule auf dem gleichen
Schenkelabschnitt des ferromagnetischen Teils angeordnet und in axialer Richtung
gegeneinander versetzt sind. Schließlich soll eine Kondensatorentladungs-Zündvorrichtung
der genannten Art geschaffen werden, bei der zu der Ladespule durch einen axialen
Abstand getrennte Abschnitte gehören, so daß eine vollständige Aufladung des Kondensators
sowohl bei hohen als auch bei niedrigeren Drehzahlen gewährleistet ist.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 in einem Querschnitt bzw.
einer Stirnansicht eine Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung;
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt eines Teils der Zündvorrichtung nach Fig. 1; Fig.
3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Kern- und Modulbaugruppe
nach Fig. 2; Fig. 4 den Aufbau der Schaltung des elektronischen Kerns nach der Erfindung;
Fig.
5 eine Darstellung der während des Betriebs einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung
erzeugten Spannungswellenformen; Fig. 6 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform
einer Kern und Modulbaugruppe; und Fig. 7 und 8 Jeweils eine Darstellung einer von
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung abweichenden Zündvorrichtung.
-
In Fig. 1 sind ein Stator 10 und ein Läufer 12 einer unterbrecherlosen
Kondensatorentladungs-Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Zu
dem Läufer 12 gehört ein Dauermagnet 14, der zwischen zwei Polschuhen 16 und 18
angeordnet ist. Die Magnetbaugruppe wird vom Rand eines unmagnetischen Schwungrades
22 getragen, das durch eine Welle 24 synchron mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine
gedreht wird.
-
Zu dem Stator 10 gehört eine Grundplatte 32 aus unmagnetischem Material
mit einer Öffnung, durch die die Welle 24 hindurchragt und die mit dem Gehäuse der
Brennkraftmaschine z.B. durch Schrauben 34 verbunden ist; auf der Grundplatte 32
ist eine Spulen- und Modulbaugruppe mit einem aus einzelnen Blechen aufgebauten
ferromagnetischen Kern 36 und einer Zundbaugruppe 38 angeordnet.
-
Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten des Aufbaus des Kerns und der Spulen-
bzw. Modulbaugruppe. Der Kern 36 ist aus einzelnen Blechen aus Stahl aufgebaut und
allgemein U-förmig so ausgebildet, daß er sich allgemein radial erstreckende Pole
40 und 42 bildet, die durch einen Querabschnitt 43 verbunden sind.
-
Die Baugruppe 38 ist auf dem in der Drehrichtung des LäuSers 12 vorauseilenden
Schenkel 42 des Kerns 36 angeordnet, so daß sich die Polschuhe 16 und 18 gemäß Fig.
1 in Richtung des
Pfeils drehen. Zu dem Modul bzw. der Baugruppe
38 gehört ein dünnwandiges becherförmiges Gehäuse 46 aus Kunststoff, das drei elektrische
Spulen enthält. Gemäß Fig. 3 ist eine Transformator- oder Zündspule mit einer Primärwicklung
48 und einer Sekundärwicklung 50 vorhanden. Ferner ist eine Ladespule 52 vorhanden,
die auf eine noch zu erläuternde Weise dazu dient, einen Kondensator einer elektrischen
ZUndschaltung 66 aufzuladen. Bewegt sich die auf dem Läufer 12 angeordnete Magnetbaugruppe
an dem ortsfesten Kern 36 vorbei, wird ein wechselnder Magnetfluß durch den Kern
konzentriert, und in der Ladespule 52 sowie der Primärwicklung 48 werden Spannungen
induziert.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Primärwicklung 48 und
die Ladespule auf einem rohrförmigen Spulenkern 54 angeordnet, der als zusammenhängendes
abgestuftes Bauteil ausgebildet ist. Die Windungen der Primärwicklung 48 sind auf
dem unteren Endabschnitt des Spulenkerns 54 angeordnet, während der obere oder äußere
Abschnitt des Spulenkerns, der zwei Flansche 56 aufweist, die Windungen der Ladespule
52 trägt. Gemäß Fig. 3 ist die axiale Abmessung der Primärwicklung 48 längs des
Kernschenkels 42 erheblich größer als diejenige der Ladewicklung 52. Die axiale
Öffnung des Spulenkerns 54 kann den Schenkel 42 des Spulenkerns 36 mit enger Passung
aufnehmen, und der untere Teil des Spulenkerns wird gemäß Fig. 2 von einem rohr-
bzw. kaminförmigen Abschnitt 60 des Gehäuses 46 aus Kunststoff aufgenommen. Die
Sekundärwicklung 50 der Zündspule hat eine zentrale öffnung 51, die mit der Außenfläche
des rohrförmigen Abschnitts 60 mit enger Passung zusammenärbeitet, so daß eine enge
magnetische Kopplung zwischen der Primärwicklung 48 und der Sekundärwicklung 50
vorhanden ist. Dagegen ist die Ladewicklung 52 in Beziehung zur Dxwhrichtung des
Läufers 14 gegenüber der Primärwicklung und der Sekundärwicklung in radialer Richtung
versetzt, so daß nur eine minimale magnetische Kopplung zwischen der Ladewicklung
52 und den Teilwicklungen der Zündspule vorhanden ist. Wäre die Ladewicklung nicht
in dieser Weise entkoppelt,
würde sie dazu neigen, als Kurzschlußwicklung
zur Wirkung zu kommen, und die durch diese Spule erzeugte gegenelektromotorische
Kraft wurde die Erzeugung einer hohen Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung beeinträchtigen.
Infolge der Begrenzung der axialen oder radialen Abmessung der Ladewicklung und
wegen ihres Abstandes von den Primär- und Sekundärwicklungen wirkt der größere Teil
des die Primär- und Sekundärwicklungen erfassenden Magnetflusses nicht in einem
solchen Ausmaß auf die Ladewicklung, daß der Betrieb der Zündvorrichtung beeinträchtigt
wird.
-
Gemäß Fig. 2 und 3 weist das Gehäuse 46 zusätzlich zu dem nach oben
bzw. außen ragenden rohrförmigen Kaminabschnitt 60 eine Querwand 62 auf, durch die
eine Kammer bzw. ein Hohlraum 64 abgegrenzt wird, welche die elektrischen Teile
der Zündvorrichtung aufnimmt, welche in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise gekapselt
bzw. vergossen sein kann. Die Schaltung der elektrischen Einrichtung mit der Primärwicklung
48, der Sekundärwicklung 50 und der Ladewicklung 52 ist in Fig. 4 dargestellt. Diese
elektrischen Schaltungselemente sind innerhalb des Gehäuses 46 aus Kunststoff gemäß
Fig. 2 in eine Vergußmasse 70 eingebettet. Der Modul 38 wird mit dem Kernschenkel
42 auf beliebige Weise mechanisch verbunden, z.B. mittels eines Klebers, mit dem
der Spulenkörper 54 und die Außenfläche des Kernschenkels 42 versehen werden. Ein
isolierter Hochspannungsleiter 76 verbindet gemäß Fig. 1 den Modul 38 mit der Zündkerze
der Brennkraftmaschine, der die Zündvorrichtung zugeordnet ist.
-
Gemäß Fig. 4 überbrückt die Ladewicklung 52 einen Kondensator 66 mittels
eines Ladekreises, zu dem zwei Dioden 82 und 83 gehören. Der Kondensator 66 überbrückt
ferner die Primärwicklung 48 der Zündspule mittels einer elektronischen Schalteinrichtung,
z.B. eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 68, der so vorgespannt ist, daß er
normalerweise nicht leitfähig ist, und der dazu dient, den Kondensator 66 nach Bedarf
über die Primärwicklung 48 synchron mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine
zu
entladen. Die Primärwicklung 48 induziert in der Sekundärwicklung 50 eine hohe Spannung,
so daß die Zündkerze 78 der Brennkraftmaschine einen Zündfunken erzeugt.
-
Zu dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 68 gehören eine Kathode 69,
eine Anode 71 und eine Steuerelektrode 73. Der Anoden-Kathoden-2bergang des Gleichrichters
verbindet miteinander die Enden der Ladewicklung 52 und der Primärwicklung 48, welche
in Fig. 4 durch die Punkte bezeichnet sind, die den gemeinsamen Enden der beiden
Spulen benachbart sind, die gleichzeitig die gleiche Polarität haben. Die Steuerelektrode
73 ist über einen Vorspannwiderstand 84 mit dem anderen Ende der Primärwicklung
48 verbunden, so daß der Steuerelektrode 73 eine in der Primärwicklung 48 induzierte
Spannung zugeführt wird, deren Polarität der dem Anoden-Kathoden-0bergang des Gleichrichters
68 zugeführten Spannung entgegengesetzt ist.
-
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Zündvorrichtung wird
auf Fig. 5 verwiesen, welche die durch die Ladewicklung Eg erzeugte Spannung Ec
zum Aufladen des Kondensators 66 und die in der Primärwicklung Ep induzierte Spannung
für den Fall zeigt, daß die Magnetbaugruppe an dem Kern 36 vorbeigedreht wird. Wenn
gemäß Fig. 1 zunächst der Polschuh 16 in Fluchtung mit dem Pol 42 kommt, wird in
der Ladewicklung und der Primärwicklung eine positive Spannung induziert. Die die
gleiche Polarität aufweisenden Enden dieser Wicklungen oder Spulen sind durch den
Anoden-Kathoden-2bergang des Gleichrichters 68 miteinander verbunden, während die
Steuerelektrode 73 des Gleichrichters an das entgegengesetzte Ende der PrimArwicklung
angeschlossen ist.
-
Mit der positiven Spannung Eg wird der Kondensator 66 über die nur
in einer Richtung durchlässige Ladediode 83 vollstandig aufgeladen, und während
dies geschieht, ist der Gleichrichter 68 so vorgespannt, daß er nicht leitfähig
ist. Die Primärwicklung 48 ist auf dem Kernschenkel 42 in einer solchen Richtung
gewickelt,
daß die in ihr erzeugte Spannung gegenphasig zu der Ladespannung Eg ist. Der Kondensator
66 wird während des vollständigen positiven Impulses aufgeladen, der in der Ladewicklung
Eg induziert wird, und er wird während des nächsten Halbwellenimpulses der Primärspannung
Ep entladen. Bei der nächsten positiven Halbwellenspannung, die in der Primärwicklung
48 induziert und der Steuerelektrode 73 des Gleichrichters 68 zugeführt wird, steigt
die Primärspannung Bp auf einen vorbestimmten Wert bzw. einen Triggerpegel an, wie
es in Fig. 5 durch die waagerechte strichpunktierte Linie angedeutet ist. An diesem
Punkt wird der Gleichrichter 68 in seinen leitfähigen Zustand gebracht, und die
gesamte in dem Kondensator 66 gespeicherte Spannung Ec wird über die Primärwicklung
48 entladen, so daß in der Sekundärwicklung 50 ein Zündimpuls induziert wird, um
an der Zündkerze 78 einen Funken zu erzeugen. Da die Spulen 52 und 48 auf dem gleichen
radialen Schenkel des Kerns 36 angeordnet sind, stehen sie stets gleichzeitig unter
der Wirkung des gleichen Magnetflusses.
-
Daher werden in den beiden Spulen gleichzeitig Spannungen induziert,
die Jedoch von entgegengesetzter Polarität sind.
-
Weitere Ausbildungsformen der Erfindung sind in Fig. 6 dargestellt,
wo in Fig. 1 bis 3 dargestellten Teilen ähnelnde Teile jeweils mit den gleichen
Bezugszahlen bezeichnet sind; es ist ein ferromagnetischer Kern 36 vorhanden, der
dem Kern nach Fig. 2 ähnelt, doch sind die Spulen anders angeordnet.
-
Die Primärwicklung 48 und die Sekundärwicklung 50 sind Ende an Ende
auf dem Kernschenkel 42 angeordnet, während die Kondensatorladespule 52 auf dem
Schenkel 42 auf der Außenseite der Sekundärwicklung 50 und daher in einem erheblichen
Abstand von der Primärwicklung 48<angeordnet ist. Bei der Anordnung nach Fig.
6 wird die Länge der Sekundärimpulse im Vergleich zu den Impulsen vergrößert, die
gemäß Fig. 2 durch die konzentrisch angeordneten Primär- und Sekundärwicklungen
erzeugt werden. Diese größere Impulslänge erweist sich bei größeren Brennkraftmaschinen
als vorteilhaft, da sich das Betriebsverhalten
der Brennkraftmaschine
bei einer längeren Dauer der Zündfunken verbessert.
-
Zwar ist gemäß Fig. 6 die Ladewicklung 52 auf dem äußeren Endabschnitt
des Kernschenkels 42 Ende an Ende mit der Sekundärwicklung 50 angeordnet, die ihrerseits
der Primärwicklung 48 räumlich nachgeschaltet ist, doch könnte man die Primär-und
Sekundärwicklungen auf dem Schenkel 42 auch miteinander vertauschen. Ist die Sekundärspule
in einem kleineren Abstand von dem umlaufenden Magnetfeld angeordnet als die Primärwicklung,
haben die erzeugten Zündimpulse eine relativ große Länge.
-
Ist dagegen die Primärwicklung in einem kleineren Abstand von dem
umlaufenden Magnetfeld angeordnet, wird die Zuverlässigkeit der Einhaltung des richtigen
Zündzeitpunktes erhöht, doch ergibt sich eine gewisse Verringerung der Impulslänge.
-
Ferner zeigt Fig. 6 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine
mit gestrichelten Linien angedeutete zweite Ladespule 88 auf dem inneren Ende des
Kernschenkels 42 auf der von der Ladewicklung 52 abgewandten Seite angeordnet sein
kann. In Fig. 4 sind die Spule 88 und eine zugehörige Sperrdiode 89 mit der Spule
52 zum Aufladen des Kondensators 66 parallelgeschaltet. Bei dieser Anordnung setzt
sich die Ladespule aus zwei getrennten Teilen zusammen, die auf entgegengesetzten
Seiten der Wicklungen 48 und 50 der Zündspule angeordnet sind. Die Ladespule 52
auf dem äußeren Ende des Schenkels 42 hat vorzugsweise eine relativ große Anzahl
von Windungen, z.B. 3000 Windungen, während die andere Ladespule 88 auf dem inneren
Ende des Schenkels 42 eine erheblich kleinere Anzahl von Windungen, z.B. 600 Windungen,
aufweist. Bei hohen Drehzahlen neigt die in der äußeren Ladespule 52 induzierte
Spannung dazu, zurückzugehen, so daß in dem Kondensator 66 eine niedrigere Spannung
gespeichert wird. Bei solchen hohen Drehzahlen ergänzt- die kleinere Spule 88 diesen
Spannungsverlust, so daß der Kondensator innerhalb eines großen Bereichs von Motordrehzahlen
auf eine gleichmäßige Spannung aufgeladen wird.
-
Fig. 7 zeigt eine Zündvorrichtung, bei der ein Spulenmodul 138 auf
einem ferromagnetischen Kern 136 angeordnet ist. Der Spulenmodul 138 wird gemäß
Fig. 7 durch den in Beziehung zur Drehrichtung der Magnetpolschuhe nacheilenden
Schenkel 140 des Kerns in der bei 114'angedeuteten Weise unterstützt. Bei dieser
Anordnung besteht die Gefahr, daß der Hauptladekondensator bei hohen Motordrehzahlen
ungleichmäßig aufgeladen und entladen wird, so daß sich drastische Änderungen bezüglich
des Zandzeitpunktes ergeben.
-
Dieser bei hohen Motordrehzahlen auftretende Fehler bezüglich des
Zündzeitpunktes ist in Fig. 8 dargestellt. In der Primärwicklung wird ein Nebenimpuls
160 von erheblicher Größe erzeugt, wenn der Nordpol der Magnetbaugruppe 114 während
seiner Drehung in Fluchtung mit dem vorauseilenden Polschenkel 142 kommt, wie es
in Fig. 7 bei 162 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Wenn sich danach die
Magnetbaugruppe an dem die Ladewicklung 152 und die Primärwicklung 148 tragenden
Schenkel 140 vorbeibewegt, wird ein Spannungsimpuls Eg in der Ladewicklung induziert,
während in der Primärwicklung eine Spannung Ep von entgegengesetzter Phase induziert
wird. Der der Ladewicklung 152 entnommene Strom lädt den Hauptkondensator 66.
-
der Zündvorrichtung auf eine in Fig. 8 dargestellte Spannung Ec auf,
die beim Zünden des gesteuerten Siliziumgleichrichters 68 entladen wird. Die in
der Ladewicklung induzierte Nebenimpulsspannung 164 bewirkt, daß der Kondensator
66 gemäß Fig. 8 auf die Spannung Ec' aufgeladen wird. Dieses erneute Aufladen des
Kondensators findet bei der gleichen Umdrehung der Magnete 114 statt, während welcher
der Kondensator entsprechend der Schaulinie Ec zuerst aufgeladen und dann entladen
wird. Die Ladung entsprechend der Spannung Ec' verbleibt auf dem Kondensator, bis
die nächste Umdrehung stattfindet, wobei die Magnetbaugruppe an dem vorauseilenden
Kernschenkel 142 vorbeigedreht wird, so daß der Nebenimpuls 160, der in der Primärwicklung
induziert wird, bei hohen Drehzahlen eine Amplitude annimmt, die ausreicht, um gemäß
Fig. 4 den Gleichrichter
68 zu zünden, so daß die gespeicherte
Spannung Ec' entladen wird. Diese Entladung des Kondensators über die Primärwicklung
kann zu einer vorzeitigen Zündung und damit zu einer Beeinträchtigung des Betriebs
der Brennkraftmaschine führen.
-
Gemäß der Erfindung ist es durch Anordnen der Ladespule und der Zündspule
auf dem vorauseilenden Schenkel des ferromagnetischen Kerns möglich, Probleme bezüglich
der Steuerzeiten zu vermeiden, wie sie bei der Anordnung nach Fig. 7 auftreten.
-
Außerdem lassen sich gemäß der Erfindung die Spulen bequem in Form
eines zusammenhängenden Moduls herstellen und leicht auf einem sich radial erstreckenden
Schenkel des Ankerkerns anordnen.
-
Leerseite