DE3021904A1

DE3021904A1 - Zuendverteiler

Info

Publication number: DE3021904A1
Application number: DE3021904A
Authority: DE
Inventors: Richard A Formato
Original assignee: ZOLI JUN
Current assignee: ZOLI JUN
Priority date: 1979-06-14
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1980-12-18
Also published as: US4267803A; JPS562472A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zündverteiler für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine.

Zündsysteme in Brennkraftmaschinen verwenden im allgemeinen mechanische Unterbrecher oder einen elektronischen Kreis und benutzen ein rotierendes Teil im Verteiler, üblicherweise die Verteilerwelle, um zu passenden Zeitpunkten den Zündkerzen der Brennkraftmaschine Hochspannungsimpulse zuzuführen, die von einer Zündspule erzeugt werden. Der Hochspannungsausgang der Zündspule ist gewöhnlich über einen elektrischen Mittenkontakt im Verteilerdeckel mit einem Leiter verbunden, der an einem isolierenden Rotor ausgebildet ist, der von der Verteilerwelle getragen wird und mit dieser rotiert. Wenn ;die Verteilerwelle rotiert, dann werden der oder die Unterbrecher oder der elektronische Schaltkreis, die im Niederspannung führenden Primärkreis der Zündspule angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der Kolbenbewegung der Brennkraftmaschine betätigt. Der elektrische Kontakt am äußeren Ende des Verteilerrotors spricht nacheinander jeden einer Reihe von elektrischen Kontakten an, die im Umfang um den Rotor im Verteilerdeckel angeordnet sind und über Hochspannungskabel mit den Zündkerzen verbunden sind. Der Mittenkontakt und die Rotorkontakte bilden somit ein rotierendes mechanisches Schaltersystem, dessen Aufgabe es ist, die Hochspannungsimpulse zu geeigneten Zeitpunkten den einzelnen Zündkerzen der Brennkraftmaschine zuzuführen.

Dieses System weist verschiedene Nachteile auf. Der Rotor und die im Verteilerdeckel angeordneten Kontakte nutzen sich ab und müssen periodisch erneuert werden. Die Kontakte unter-

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liegen den nachteiligen Einflüssen von Wasser, Schmutz und anderen Niederschlägen, wie beispielsweise Kohlenstoff und andere Substanzen. Die Folge davon sind Startschwierigkeiten oder schlechte Betriebseigenschaften, wie Fehlzündungen, unruhiger Betrieb im Leerlauf und hoher Kraftstoffverbrauch.

Es sind schon verschiedene Versuche gemacht worden, solche Verteilersysteme zu verbessern. Aus der US-PS 40 19 486 ist ein Verteiler bekannt, bei dem ein einziges rotierendes Element ein einzelnes Schaltsignal erzeugt, das über komplizierte elektronische Kreise simultan den Primärstrom durch die Zündkerze unterbricht und die Hochspannung separat zu jeder Zündkerze über eine Gasentladungsröhre zuführt, die entsprechend einer Verringerung ihrer Durchbruchspannung, hervorgerufen durch ein magnetisches Feld, leitfähig wird. Dieses System ist nicht nur sehr kompliziert, es ist auch von der Energiebilanz her gesehen ungünstig, da ziemlich kräftige Magnetfelder erzeugt werden müssen. Daher sind auch einige der benötigten Bauteile ziemlich groß.

Bei einem anderen bekannten System wird die Hochspannung unabhängig unter Verwendung eines frequenzanpassenden Schemas geschaltet, jedoch ist auch diese Lösung komplex und aufwendig. Beide vorbekannten Systeme haben sich daher in der Praxis nicht durchsetzen können. Das die Magneten verwendende System weist beispielsweise keine Mittel zur drehzahlabhängigen Zündzeitpunktverstellung auf, weshalb es aus diesem Grunde schon für die Praxis untauglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zündverteiler anzugeben, der klein ist und die Hochspannungskontaktelemente im Sekundärkreis der Zündkerze vermeidet und keine Probleme hinsichtlich Abnutzung, Verschmutzung od.dgl. kennt.

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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Ähnliche, nach dem gleichen Prinzip arbeitende Lösungen sind Gegenstand der Patentansprüche k und 6. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Die Erfindung gibt Lösungen an, die räumlich so kompakt aufbaubar sind, daß sie sich in den üblichen Ve:tailrrdeckeln unterbringen lassen. Die Erfindung ist nachträglich an vorhandenen Verteilern anbringbar, womit die üblichen Vorteile bekannter Verteiler, wie automatische Zündzeitpunktsvßrstellung u.dgl., weiter ausgenutzt werden können. Die Erfindung verwendet Funkenstrecken, die nach außen hermetisch abgeschlossen sind, daher keine Oxydations- und Feuchtigkeitseinflüsse kennen. Das erfindungsgema'ße System verwendet eine der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechende Zahl von einander identischen, festen Funkenstrecken, von denen jeweils eine selektiv so vorbereitet wird, daß sie beim Anlegen einer Hochspannung leitfähig wird und somit den Impuls der Zündspule zur betreffenden Zündkerze überträgt. Diese Vorauf bereitung eier Entladungsstrecken erfolgt durch Strahlung oder ein starkes elektrisches Feld, um an der Entladungsstrecke eine Impfionisation zu erzielen, die bei Anlegung eines Kochspannungsifiipulsss zu einem Leitfähigwerden der Entladungsstrecke führt.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 1;

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Fig. 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform, das mit Strahlung beaufschlagte Strecken und eine kontinuierlich betriebene Strahlenquelle enthält, die selektiv und sequentiell die einzelnen Entladungsstrecken in Synchronismus mit der Verteilerwelle beaufschlagt;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform, die mit Strahlung beaufschlagte Entladungsstrecken enthält, denen jeweils ein von Impulsen getriggerter Kreis zugeordnet ist, der von einem auf der Verteilerwelle angeordneten rotierenden Element angesteuert wirdj

Fig. 5 ein Schaltbild einer Ausführungsform mit Entladungsstrecken, die jeweils von einem elektrischen Feld beaufschlagt werden, mit einer kontinuierlich arbeitenden Spannungsquelle, die selektiv und sequentiell in Synchronismus mit der Verteilerwelle an den Entladungsstrecken elektrische Felder hervorruft;

Fig. 6 das Schaltbild einer Ausführungsform mit von elektrischen Feldern beaufschlagten Entladungsstrecken und impulsgesteuerten Triggerkreisen für jede Entladungsstrecke, die von einem mit der Verteilerwelle rotierenden Element gesteuert werden;

Fig. 7 schematisch eine einzige Kammer mit einer Mehrzahl von Entladungsstrecken darin, und

Fig. 8 das Schema einer einzigen Kammer mit einer Mehrzahl von Entladungsstrecken, deren eine Elektroden zu einer Einheit zusammengefaßt sind.

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Die Erfindung kann in einem üblichen Zündsystem Anwendung finden, in welchem üblicherweise eine mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundene Verteilerwelle einen Unterbrecher steuert, der im Primärkreis der Zündspule angeordnet ist. Wenn hier von Verteilerwelle die Rede ist, dann ist damit jede Welle gemeint, die sich für eine Zeitsteuerung heranziehen läßt. Eine Mehrzahl von Zündkerzen ist über Entladungsstrecken mit der Sekundärseite der Zündspule verbunden.

Eine Entladungsstrecke besteht aus zwei Hochspannungselektroden, von denen die eine mit der Hochspannungswicklung der Zündspule und die andere mit einer Zündkerze verbunden ist. Beide Elektroden der Entladungsstrecke sind in einer hermetisch abgeschlossenen Kammer angeordnet. Die Kammer kann ein Gas enthalten, sie kann aber auch evakuiert sein. Alternativ kann für sämtliche Entladungsstrecken eine einzige, gemeinsame Kammer vorgesehen sein, die mitzufolge mehrere Elektrodenpaare enthält. Es können jeweils auch die einen Elektroden sämtlicher Elektrodenpaare zu einer gemeinsamen Elektrode verbunden sein, die mit der Hochspannungswicklung der Zündspule verbunden ist. Die Entladungsstrecken sind so dimensioniert, daß durch Anlegung einer Hochspannung, die zum Hervorrufen von Zündfunken an den Zündkerzen ausreicht, innerhalb der Kammer noch kein Überschlag hervorgerufen wird. Jeweils eine der Entladungsstrecken wird in Übereinstimmung mit der Rotation der Verteilerwelle periodisch mit Energie versorgt, daß sie elektrisch leitfähig wird, wenn nachfolgend ein Hochspannungsimpuls an sie angelegt wird. Diese Energiezuführung erfolgt durch eine Strahlung oder durch ein starkes elektrisches Feld und ruft eine Impfionisation im Bereich der Entladungsstrecke hervor, die die Durchbruchspannung an der Entladungsstrecke herabsetzt.

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Wenn die Entladungsstrecke durch Strahlung getriggert wird, d.h. wenn ihr durch Strahlung Energie zugeführt wird, dann wird die Impfionisation wie folgt hervorgerufen: Es werden photoelektrisch Elektronen aus einem geeigneten phofcoemittierenden Material, das in der Entladungskammer eingeschlossen ist, freigesetzt, oder es findet eine direkte Photoionisation eines Gases statt, das in der Kammer enthalten ist. Photoemissionsmaterialien können in die Entladungskammer als Füllkörper eingebracht sein oder sie können Legierungsbestandteile der Hochspannungselektroden sein, sie können in manchen Fällen auch als Dämpfe eingebracht sein. Als Füllkörper können die Photoemissionsmaterialien elektrisch mit der einen oder anderen der Hochspannungselektroden verbunden sein. Alternativ können separate Photoemissionselemente in die Kammer eingebracht und elektrisch über einen hohen elektrischen Widerstand von der Größe von einigen Megohm geerdet sein, um eine zu starke Aufladung zu vermeiden. Solche Photoemissionsmaterialien können sowohl in gasgefüllte als auch in evakuierte Entladungskammern eingebracht sein. Sobald bei gasgefüllten Entladungskammern eine Impfionisation hervorgerufen wurde, dann erzeugt ein zugeführte Hochspannungsirnpuls ein elektrisches Feld, das die freien geladenen Partikel auf sehr hohe kinetische Energien beschleunigt. Diese energiereichen Partikel kollidieren wiederum mit neutralen Gasmolekülen und rufen eine rasche Steigerung der Ionisation innerhalb der Entladungskammer hervor, gleich einem Lawineneffekt, mit der Folge, daß die Entladungskammer für den Hochspannungsimpuls elektrisch leitfähig wird. Eine Entladungskammer wird als evakuiert angesehen, wenn der mittlere freie V/eg der geladenen Restgaspartikel groß ist im Vergleich zum Elektrodenabstand, zwischen dem eine funkenähnliche Entladung hervorgerufen werden soll. Bei einem Elektrodenabstand von 1 cm erreicht man diese Bedingungen beispielsweise bei einem Restgasdruck von 10" mmHg für typische Gase. In evakuierten Ent-

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ladungskammern beschleunigt ein von der Zündspule zb' ter Hochspannungsimpuls die geladenen Partikel, die die Impfionisation bilden. Ein ruhendes Elektron wird von einer gleichförmigen Feldstärke von 100 kV/cm innerhalb von 10"' Sekunden um einen 1 cm fortbewegt und erreicht eine Geschwindigkeit von etwa einem Fünftel der Lichtgeschwindigkeit. Diese hochenergiereichen Partikel schlagen auf die Hochspannungselektroden auf und setzen dort zusätzliche geladene Partikel frei, die dann zu einer funkenähnlichen Entladung zwischen den Hochbpannungselektroden führen. Auf diese Weise wird die im Vakuum angeordnete Entladungsstrecke hoch leitfähig.

Wenn die Entladungsstrecke durch ein Feld getriggert wird, d.h. wenn ihr Energie durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes zugeführt wird, dann kann die Impfionisation wieder von einer der zwei nachfolgenden Arten sein: Bei gasgefüllten Entladungsstrecken wird die Impfionisation durch einen lokalen Durchbruch des Gases in der Entladungskammer hervorgerufen. Bei evakuierten Entladungsstrecken wird die Impfionisation durch eine funkenähnliche Entladung zwischen den triggernden Elektroden in der evakuierte" Kammer hervorgerufen. Die durch, ein Feld getriggerte Entladungsstrecke kann mit einer dritten, d.h. einer Triggerelektrode aufgebaut werden, die in der Entladungskammer dicht neben einer der beiden Hochspannungselektroden angeordnet ist. Da das elektrische Feld zwischen zwei Leitern von der Potentialdifferenz zwischen ihnen, ihrer Geometrie und ihrem gegenseitigen Abstand abhängt, sind das Material der Triggerelektrode, ihre Geometrie und ihr Abstand so gewählt, daß das Anlegen einer niedrigen oder mittleren Spannung an die Triggerelektroden ein ausreichend starkes elektrisches Feld zur Hervorrufung der gewünschten Impfionisation erzeugt. Man kann auf diese Weise mit Hilfe niedriger oder mittlerer Spannungen selektiv und sequentiell die Verteilung der Zünd-

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impulse zu den Zündkerzen steuern. .Die Mechanismen, durch die die gasgefüllten bzw. evakuierten Entladungsstrecken leitfähig werden, sind die gleichen wie bei jenen, bei denen die durch Strahlung getriggerten Elektroden durch Anlegen eines Hochspannungsimpulses leitfähig werden.

Wenn eine Entladungsstrecke durch Strahlung getriggert wird, dann ist ihr eine Strahlenquell'; zugeordnet, wie beispielsweise eine Leuchtdiode, ein Festkörperlaser, eine Blitzröhre, eine Lampe oder andere geeignete Strahlenquelle, die in der Entladungskammer eine Impfionisation hervorruft, und zwar entweder durch direkte Photoionisation der Gasfüllung oder durch photoelektrische Einführung freier Elektroden aus einem Photoemissionsmaterial, das in der Entladungskammer enthalten ist, die in letzterem Falle entweder gasgefüllt oder evakuiert sein kann. Die Strahlenquelle führt der Entladungsstrecke periodisch Energie zu, und zwar in Synchronismus mit der Ver« teilerwelle. Die Strahlenquelle kann entweder kontinuierlich betrieben sein oder in geeigneter Weise an und abgeschaltet werden. Wenn die Impfionisation durch eine strahlende Energiequelle hervorgerufen wird, dann muß die Wand der Kammer, die die Entladungsstrecke umgibt, so gestaltet sein, daß ein geeigneter Bereich davon für die Strahlungsenergie bei der Betriebswellenlänge der Strahlenquelle durchlässig ist, damit das strahlende Triggersignal in die Entladungskammer übertragen werden kann. Nötigenfalls müssen die anderen Entladungsstrecken gegen die eine einzelne Ladungsstrecke selektiv anstrahlenden Strahlen abgeschirmt s«. n. Glas ist ein geeignetes Material zum Hindurchlassen der Strahlen im infraroten und sichtbaren Bereich des Spektrums, während Quarz für das Hindurchlassen von Strahlung im Ultraviolettbereich geeignet ist. Wenn die Impfionisation in einer Entladungskammer, die entweder evakuiert oder gasgefüllt sein kann, photoelektrisch erzeugt wird, indem periodisch ein geeignetes strahlendes Triggersignal zugeführt wird, dann muß die Entladungskammer

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ein geeignetes Photoemissionsmaterial entweder als Füllung oder als Legierungsbestandteil der Entladungselektroden enthalten. In gewissen Fällen kann das Photoemissionsmaterial auch als Dampf vorliegen. Eine Strahlungsenergie, deren Wellenlänge unter dem Schwellwert liegt, der von der chemischen Zusammensetzung des Photoemissionsmaterials be- -Ostimmt wird, setzt Elektronen aus diesem Material p'hotoelektrisch frei. Die Zahl der so freigesetzten Elektronen hängt von der Intensität des Strahlungssignals ab. Ihre Energie hängt von der Wellenlänge des Strahlungssignals ab. Die Photonenenergie steht in einem umgekehrten Verhältnis zur Wellenlänge eines strahlenden Signals. Geeignete Photoemissionsmaterialien enthalten beispielsweise Cesium (Cs), Rubidium (Rb) und Strontium (Sr), deren photoelektrische Arbeitsfunktionen 1,9, 2,09 und 2,06 eV sind. Die entsprechenden Schwellwert-Wellenlängen für diese Materialien sind 6534, 5940 und 6026 8, Werte, die im rot-gelben Bereich des sichtbaren Spektrums liegen. Alternativ kann man eines der Photoemissionsmaterialien einsetzen, die entsprechend dem Spektralverhalten standadisiert worden sind. Solche Beispiele enthalten Ag-O-Cs (S-I Spektralverhalten) und Cs-Sb (S-9 Spektralverhalten), deren Weilenlängen der maximalen Spektralantwort 8000 bzw. 4800 8 sind, beide im sichtbaren Bereich, und deren Strahlungsantworten bei diesen Wellenlängen 2,32 und 48,5 mA/W sind. Kalkglas ist ein geeignetes Material für ein Fenster zum Hindurchlassen einer Strahlung mit diesen Wellenlängen-Typisch als Strahlenquellen, die in diesem Spektralbereich arbeiten, sind die folgenden Kristallaser: LaF,(1 % Pr Dotierung) mit 5985 8, Y₂O₃ (5 % Eu³⁺-Dotierung) mit 6113 8 und CaF„ (Ho ⁺-Dotierung) mit 5512 8 und die folgenden p-n-Leuchtdioden: SiC (4560 8), GaP (5650 8), ZnTe (6200 8), Zn(Se Te₁ .) (6270 8) Cu₉Se-ZnSe (4000-6300 8), Ga(As₁ P)

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(5500-9000 8) und CdTe-ZnTe (5600-6600 8) als repräsentative Beispiele.

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Wenn eine gasgefüllte Entladungsstrecke durch direkte Photoionisation ihrer Gasfüllung durch Strahlung getriggert wird, dann wird ein strahlendes Signal, dessen Wellenlänge unter der Schwellwert-Wellenlänge für direkte Photoionisation des Gases liegt, periodisch der Entladungsstrecke zugeführt, und zwar durch Einrichtungen, die synchron mit der Verteilerwelle betrieben werden. Die Schwellwert-Wellenlänge hängt von der chemischen Zusammensetzung des Gases und dem verwendeten Photoionisationsprozess ab (Ein-Photon oder Zwei-Schritt-Absorption als Beispiele). Alkalidämpfe werden typischerweise durch Ultraviolettphotonen ionisiert. Edelgase, Molekulargase und andere metallische Dämpfe werden typischerweise durch Ultraviolett- oder weiche Röntgenphotonen ionisiert, wenn Einzelphotonenabsorption angewendet wird.Eine Zwei-Schritt-Photoionisation unter Verwendung eines Atoms oder Moleküls in schon angehobenem Energiezustand kann bei Wellenlängen auftreten, die unter dem Ein-Photonen-Schwellwert liegen. Die Intensität des strahlenden Triggersignals bestimmt die Anzahl der ionisierten Partikel, während die Energie der geladenen Partikel von der Wellenlänge der Strahlungsenergie bestimmt wird.

Wenn eine evakuierte Entladungsstrecke feldgetriggert wird, d.h. wenn die Impfionisation durch ein starke? elektrisches Feld hervorgerufen wird, das zwischen Triggerelektroden in der evakuierten Entladungskammer erzeugt wird, dann ist die Triggerelektrode nach Form, Abstand und Material so gewählt, daß sich ein ausreichend starkes elektrisches Feld mit niedrigen oder mittleren Spannungen erzeugen läßt, um einen Durchbruch zwischen den Elektroden im Vakuum (eine funkenähnliche Entladung) zu erzeugen. Beispielsweise kann eine evakuierte, feldgetriggerte Entladungsstrecke eine nadeiförmige Triggerelektrode in unmittelbarer Nähe der Hochspannungselektrode

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aufweisen, die mit der Zündkerze verbunden ist. Die nadeiförmige Ausgestaltung erzeugt eine lokale elektrische Feldverstärkung, die grob gesehen proportional zum Kehrwert des Krümmungsradius der Spitze bei Hyperboloid-Geometrie ist. Die Stärke des elektrischen Feldes, die erforderlich ist, um einen Durchbruch im Vakuum zu erzeugen, hängt kritisch von der Elektrodengeometrie, dem Material und der Oberflächenbeschaffenheit ab. Sie beträgt gewöhnlich etniye IG kV/cm. Beispielsweise beträgt die Durchbruchsspannung für geglünte Elektroden aus Monel, Aluminium und Kupfer bei gleichmäßigen Feldverlauf 60 bzw. 41 bzw. 37 kV bei 1 mm Luftspsi.t,

Wenn eine gasgefüllte Entladungsstrecke feldgetriggert wird, d.h. wenn ihre Impfionisation durch ein starkes elektrisches Feld hervorgerufen wird, das zwischen Triggerelektroden in der gasgefüllten Entladungskammer erzeugt wird, dann sind die Triggerelektroden nach Gestalt und Abstand so gewählt, daß man mit niedriger oder mittlerer Spannung ein so starkes elektrisches Feld erzeugen kann, daß ein Durchbruch in der Gasfüllung der Entladungskammer zwischen den Triggerlektroden hervorgerufen werden kann. Das elektrische Feld, das notwendig ist, um einen lokalen Gasdurchbruch zu erzeugen, der eine Impfionisation in der gasgefüllten Kammer zur Folge hat, hängt von der chemischen Zusammensetzung des Gases und seinem Druck ab. Wenn beispielsweise die Entladungsstrecke einen Impuls von 20 kV schalten soll, dann kann man die Elektroden aus Scheiben im Abstand von 3 cm in einer gasgefüllten Kammer ausbilden, die Stickstoff unter einem Druck von 100 mm Hg und einer Temperatur von 18 C enthält. In dieser Kammer ist eine nadeiförmige Triggerelektrode angeordnet, die von der mit der Zündkerze verbundenen Hochspannungselektrode einen Abstand von ungefähr 0,2 mm aufweist. Eine Triggerspannung von ungefähr 160 V kann dann, dazu herangezogen werden, um ein ausreichend starkes elektrisches Feld zwischen den Trigger-

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elektroden hervorzurufen, die einen lokalen Gasdurchbruch erzeugt, der unter den angegebenen Bedingungen bei 8 kV/cm liegt und die Impfionisation in der Entladungskammer hervorruft. Die nachfolgende Zuführung des Hochspannungsimpulses von der Zündspule erzeugt dann eine Lawinenionisation des Gases in der Entladungskammer, die diese zwischen den Hochspannungselektroden leitfähig macht und den Spannungsimpuls der zugehörigen Zündkerze zuführt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung. Man erkennt in Fig. 1 ein Zündsystem 11 , bestehend aus einer Batterie 10, einer Zündspule 12 mit Hochspannungs-Sekundärwicklung 16 und Niederspannungs-Primärwicklung 14, die über einen mechanischen Unterbrecher 13 mit Masse 22 verbunden ist. Parallel zum Unterbrecher 18 liegt ein Ausgleichskondensator 20. Das Zündsystem enthält weiterhin den Verteiler 13 nach der vorliegenden Erfindung. Dieser Verteiler ist zur Versorgung von sechs Zündkerzen einer Sechs-Zylindermaschine dargestellt, die hier durch nur zwei Zündkerzen 44 und 46 repräsentiert sind. Die Zündkerzen liegen in Serie mit Entladungsstrecken 40 bzw. 42 an der Hochspannungswicklung 16. Die Zündspule 12 kann durch jede andere geeignete Einrichtung ersetzt sein, die zu genau abgestimmten Zeitpunkten Hochspannungsimpulse ausreichender Höhe zur Erzeugung von Zündfunken hervorbringt. Auch kann der Unterbrecher 18 durch jede andere geeignete Einrichtung ersetzt sein, die synchron mit der Verteilerwelle arbeitet und entsprechend passend zeitlich abgestimmte Hochspannungsimpulse durch Unterbrechung des Primärstromkreises der Zündspule hervorbringt. Die Entladungsstrecken 40 und 42 sind im vorliegenden Falle durch Strahlung getriggert, die von einer Strahlenquelle 26 herrührt. Es wird von einer photoelektrisch hervorgebrachten Impfionisation an der Entladungsstrecke gemäß der vorliegen-

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den Erfindung Gebrauch gemacht. Die Entladungsstrecken 40 und 42 enthalten Hochspannungselektroden 34 und 38, die mit den Zündkerzen 44 und 46 bzw. der Hochspannungswicklung 16 der Zündspule 12 verbunden sind. Die Entladungsstrecken 40 und 42 enthalten weiterhin Photoemissionselemente 36, die elektrisch mit einer oder beiden Hochspannungselektroden 34 und 38 verbunden sein können oder über einen hochohmigen Widerstand mit Masse 22 verbunden sein können. Die Entladungsstrecken 40 und 42 sind in abgeschlossenen Kammern 43 bzw. 41 untergebracht, die mit Gas (einem Inertgas, wie Xenon oder Neon beispielsweise) gefüllt sein oder evakuiert sein können. Zwischen den Entladungsstrecken 40 und 42 und der Strahlenquelle 26 ist eine Scheibe 24 angeordnet, die ein Fenster 30 aufweist, durch das Strahlungsenergie der Betriebswellenlänge der Strahlenquelle 26 hindurchfallen kann. Im übrigen ist die Scheibe 24 für die Strahlung undurchlässig. Das Fenster 30 kann ein einfacher Durchbruch in der Scheibe 24 sein, es kann aber auch aus einem passenden strahlendurchlässigen Material bestehen. Die Scheibe 24 ist auf der Verteilerwelle 28 befestigt und dreht sich mit dieser in Synchronisation mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Wenn die Scheibe 24 sich zwischen der Strahlenquelle 26 und den Entladungsstrecken 40 und 42 dreht, dann werden letztere periodisch "beleuchtet" und es wird an ihnen innerhalb der Kammern 43 bzw. 41 durch photoelektrisches Freisetzen von Elektronen aus dem Photoemissionselement 36 eine Impfionisation erzeugt. Das gleichzeitige Anlegen eines Hochspannungsimpulses von der Hochfjpannungswicklung 16 der Zündspule 12 erzeugt zwischen den Hochspannungselektroden 34 und 38 ein elektrisches Feld, das die ionisierten Partikel zu sehr hohen kinetischen Energien beschleunigt. Dieses Partikel wiederum rufen eine lawinenartige Ionisation bei Gasfüllung der Kammern 43 und 41 bzw. eine funkenähnliche Entladung im Falle herrschenden

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Hochvakuums in den Kammern entsprechend den zuvor beschriebenen Effekten hervor, wodurch die Entladungsstrecke für den Hochspannungsimpuls leitfähig wird und dieser zur betreffenden Zündkerze gelangen kann. Der Öffnungswinkel des Fensters 30 ist so gewählt, daß er den gesamten Zeitbereich eines Funkenüberschlags an der Brennkraftmaschine erfaßt, so daß eine unterdruck- und drehzahlabhängige Zündzeitpunktverstellung am Vergaser möglich ist. Weiterhin ist in Fig. eine strahlenundurchlässige Abschirmung 32 dargestellt, die

^vorgesehen sein kann, um die einzelnen Entladungsstrecken gegeneinander abzuschirmen, so daß wirklich immer nur eine der Entladungsstrecken von der Strahlenquelle 26 durch das Fenster 30 hindurch bestrahlt werden kann. Die Strahlenquelle 26 kann ringförmig dimensioniert sein, wip es in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt ist, sie kann aber auch aus

^einzelnen separaten Segmenten bestehen, von denen jeweils eines unter einer Entladungsstrecke angeordnet ist. Die Wellenlänge der Strahlenquelle 26 ist so gewählt, daß photoelektrisch geladene Partikel aus dem Element 36 freigesetzt werden. Wenn das Element 36 beispielsweise aus Ag-O-Cs besteht, das bei einer Wellenlänge von 8000 A am empfindlichstem ist, dann verwendet man als Strahlenquelle 26 beispielsweise eine p-n-Leuchtdiode aus Ga(As₁ P ), die mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 5500 und 9000 % strahlt.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1. Die Scheibe 24 mit dem Fenster 30 ist auf der Verteilerwelle 28 befestigt und dreht sich mit dieser. Die Strahlenquelle 26, deren Strahlung durch die Pfeile 50 sinnbildlich dargestellt ist, befindet sich auf der Grundplatte 48 des Verteilers unter der Scheibe 24. Über der Scheibe 24 sind die Entladungsstrecken 40 und 42 angeordnet. Diese können beispielsweise im Verteilerdeckel (nicht dargestellt) angeordnet sein, in welchen die zu den Zündkerzen führenden

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Kabel einlaufen. Ein hochohmiger Widerstand 45 von einigen hundert Kiloohm oder mehr kann parallel zu den Zündkerzen geschaltet sein, um das Triggern der Entladungsstrecken zu erleichtern. Die Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 ist ff'T die Praxis besonders bedeutungsvoll, da sie sehr einfach aufgebaut ist und den Vorteil besitzt, nachträglich an bestehenden Verteilern angebracht zu werden. In diesem Falle wird die Strahlenquelle 26 auf den Boden des Verteilers montiert, der vorhandene Verteiler finger wird abgenommen und durch die Scheibe ?4 ersetzt. Der vorhandene Verteilerdeckel wird ebenfalls entfernt und durch einen neuen Deckel ersetzt, der die Entladungsstrecken 40 und 42 anstelle der elektrischen Kontakte enthält. Der neue Verteilerdeckel weist selbstverständlich auch die Durchführungen und Anschlüsse für die Zündkabel, die zu Zündspule und Zündkerzen führen, auf. Diese ^spezielle Ausführungsform ist kompakt, billig und schnell einzubauen, ohne daß die vorhandenen Zündzeitpunkt-Verstelleinrichtungen, seien sie mechanischer oder elektronischer Art, unwirksam gemacht werden. In ähnlich einfacher Weise läßt sich die Lösung mit feldgetriggerten Entladungsstrecken realisieren, indem die Scheibe 24 durch geeignete Mittel ersetzt wird, die in Synchronismus mit der Drehung der Verteilerwelle 28 betrieben werden und sequentiell eine niedere oder mittlere Spannung an die Triggerelektroden der Entladungsstrecken legen.

Eins zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Verteilerwelle 28 rotiert mit der Kurbelwelle der mit dem Zündsystem ausgerüsteten Brennkraftmaschine, die hier wieder als sechszylindrige Maschine ausgeführt ist. An der Verteilerwelle 28 ist ein sechseckiger Drehkörper 52 angebracht, der einen mechanischen Unterbrecher 18 betätigt, was durch die gestrichelte Linie 58 verdeutlicht werden soll.

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Weiterhin ist eine kontinuierlich strahlende Strahlenquelle 26a vorgesehen, die ein strahlendes Triggersignal 50 selektiv und nacheinander an die durch Strahlung getriggerten Entladungsstrecken 40 und 42 sendet. Der Strahlenausgang der Strahlenquelle 26 wird in Abstimmung mit der Kurbelwellendrehung durch eine Einrichtung 54 zu den einzelnen Entladungsstrecken geleitet^ deren Betrieb synchron von der Verteilerwelle 28 gesteuert wird, was durch die zweite gestrichelte Linie 56 angedeutet Werden soll. Die Einrichtung 54 ist hier so dargestellt, daß sie ein strahlendes Triggersignal zur Entladungsstrecke 40 führt, was durch die ausgezogene Linie 50 dargestellt ist, während zur Entladungsstrecke 42 keine Strahlung gelangt, was durch den gestrichelten Pfeil 50 dargestellt ist. Die Einrichtung 54 kann auf verschiedenste Weise realisiert sein- Beispielsweise kann sie eine rotierende, strahlenundurchlässige Scheibe mit einem strahlendurchlässigen Fenster sein, ein mechanischer oder elektromechanischer Verschluß, eine rotierende Scheibe mit einer strahlenden Quelle darauf, ein Feld elektrooptischer Verschlüsse u.dgl.

Fig. 4 zeigt alternativ eine Ausführungsform, bei der jede durch Strahlung getriggerte Entladungsstrecke mit einem separaten Triggerkreis versehen ist. Die Entladungsstrecke 40 wird beispielsweise durch einen Triggerkreis 60 mit Strahlungsenergie versorgt, der auf ein Signal anspricht, das in periodischen Abständen von einem Sensor 66 ausgelöst wird. Der Sensor 66 wiederum gibt immer dann ein Ausgangssignal ab, wenn ein rotierendes Bauteil 53 am Ende eines Rotors 51 auf der Verteilerwelle 28 an ihm vorbeiläuft. Das rotierende Bauteil 53 kann beispielsweise aus einem kleinen Permanentmagneten bestehen, der einen konventionellen umlaufenden elektrischen Kontakt ersetzt. Der Sensor 66 kann beispielsweise eine Induktionsspule oder ein Hall-Generator sein, der im Verteilerdeckel angeordnet ist, wo außerdem auch der Triggerkreis 60 untergebracht ist. Für die Entladungsstrecke

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ist ein Sensor 64 und ein Triggerkreis 62 in gleicher Weise vorhanden usw. Wenn der Magnet 53 an jedem Sensor 64 und 66 vorbeiläuft, dann wird dort ein Ausgangssignal erzeugt, das «■ die zugehörigen Triggerkreise sequentiell erregt, womit Strahlungsenergie erzeugt wird, beispielsweise indem eine Leuchtdiode oder ein Festkörperlaser angeschaltet wird, der | wiederum an der zugeordneten Entladungsstrecke eine Impfjionisation hervorruft. Auch diese Ausführungsform der Erfindung läßt sich leicht an existierenden Verteilern nachträglich anbringen, da auch hier wiederum nur der Verteilerrotor und der Verteilerdeckel ersetzt werden müssen. Die Funktionen der Zündzeitpunktsverstellung bleiben unbeeinflußt.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit feldgetriggerten Entladungsstrecken als Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 3. Die Entladungsstrecken 40 und 42 werden mit Hilfe einer Triggerelektrode 72 und der Hochspannungselektrode 38 mit einer Impfionisation versehen. Ein hochohmiger Widerstand 74 von einigen hundert Kiloohm oder mehr kann jeder Zündkerze parallelgeschaltet sein, um den Stromkreis über die Triggereleketrode zu schließen. Weiterhin ist eine Niederoder Mittelspannungsquelle 68 vorhanden, die die notwendige Triggerspannung an die Elektrode 72 liefern soll. Diese Spannung wird selektiv und sequentiell an die einzelnen Triggerelektroden 72 über eine Schalteinrichtung 70 gelegt, die synchron mit der Kurbelwelle der Maschine, d.h. mit der Verteilerwelle 26, betrieben wird, wie durch die gestrichelte Linie 76 verdeutlicht werden soll. Die Schalteinrichtung 70 auf die verschiedensten Arten realisiert sein, beispielsweise durch eine Reihe von umlaufenden Niederspannungskontakten oder durch elektronische Schalter od.dgl.

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Als Alternative zeigt Fig. 6 eine Ausführungsforin mit feldgetriggerten Entladungsstrecken als Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 4. Jede Entladungsstrecke 40, 42 ist
mit einem separaten Triggerkreis 60a, 62a versehen, der
periodisch einen Impuls ausreichender Amplitude erzeugt,
um mit Hilfe der Triggerelektrode 72 eine Impfionisation
an der Entladungsstrecke hervorzurufen. Jeder Triggerkreis wiederum spricht auf ein Signal an, das von einem zugehörigen Sensor 64a, 66a geliefert wird. Die Sensoren geben nur dann ein Signal ab, wenn ein Bauteil 53a auf einem
Rotor 51a, der auf der Verteilerwelle 28 befestigt ist,
an ihnen vorbeiläuft. Diese Ausführungsform ist ebenso geeignet, jederzeit an einem bestehenden Verteiler auf die
schon zuvor beschriebene Weise nachträglich angebracht zu
werden.

Obgleich die vorliegenden Ausführungsformen anhand von Beispielen erläutert worden sind, in denen die Entladungsstrecken in eigenen, abgeschlossenen Kammern untergebracht sind, ist die Erfindung doch nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt. So dann zeigt Fig. 7 eine Ausführungsform, die nur eine einzige Kammer 41a aufweist, die entweder evakuiert oder gasgefüllt sein kann und die sämtliche Entladungsstrecken enthält, hier durch die Elektroden 34c und 38c dargestellt. Fig. 8 wiederum zeigt eine Ausführungsform, in welcher in einer einzigen Kammer 41b ebenfalls die Vielzahl der Entladungsstrecken untergebracht ist, die hier durch die Elektroden 34d und 38d dargestellt sind» Bei dieser Ausfführungsform sind jedoch die mit der Zündspule verbundenen Elektroden 34d zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt.

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Claims

Ansprüche

Zündverteiler für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit mehreren auf einem Kreis angeordneten Elektroden, die die Enden von von einer Hochspannungsquelle beaufschlagbaren Entladungsstrecken bilden und mit je einer Zündkerze der Brennkraftmaschine elektrisch verbunden sind, und einem umlaufenden Element, dadurch gekennzeichnet, daß jeder (ersten) Elektrode (38) eine v/eitere (zweite) Elektrode (34) fest gegenübersteht, die mit der Hochspannungsquelle (16) elektrisch verbunden ist und jeweils das andere Ende der Entladungsstrecke bildet, und daß das umlaufende Element (24) mit einer Einrichtung (30) zum selektiven Zuführen einer eine Impfionisierung in den Entladungsstrecken hervorrufenden Strahlungsenergie zu jeder der Entladungsstrecken versehen ist.

2. Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Element eine Scheibe (24) ist, die zwischen einer Strahlenquelle (26) und den Entladungsstrecken angeordnet ist und die mit einem strahlendurchlässigen Fenster (30) versehen ist.

MÜNCHEN; TELEFON (O89) 235585 KABEL: PROPINDUS · TELEX OB 24 244

BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88 KABEL: PROPINDUS -TELEX OI 84 O57

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3. Zündverteiler nash Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken jeweils ein Photoemisaionsmaterial zum Erzeugen der Impfionisation enthalten .

4- Zündverteiler für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit mehreren Elektroden, die die Enden von von einer Hochspannungsquelle beaufschlagbaren Entladungsstrecken bilden und mit je einer Zündkerze der Brennkraftmaschine

h : elektrisch verbunden sind, und einem umlaufenden Element,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder (ersten) Elektrode (38) eine weitere (zweite) Elektrode (34) fest gegenübersteht, die mit der Hochspannungsquelle (16) elektrisch verbunden ist und jeweils das andere Ende der Entladungsstrecke bildet, daß jeder Entladungsstrecke eine ein elektrisches Feld zum Hervorrufen einer Impfionisation an der Entladungsstrecke erzeugende Einrichtung (72) zugeordnet ist, und daß das umlaufende Element (24) die die elektrischen Felder erzeugenden Einrichtungen (72) selektiv in Betrieb setzt.

%. Zündverteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß' ν die die elektrischen Felder erzeugenden Einrichtungen

,jeweils ein Elektrodensatz (72) sind, der dicht an der Entladungsstrecke angeordnet ist.

6. Zündverteiler für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit mehreren Elektroden, die die Enden von von einer Hochspannungsquelle beaufschlagbaren Entladungsstrecken bilden -und mit je einer Zündkerze der Brennkraftmaschine elektrisch verbunden sind, und einem umlaufenden Element, dadurch gekennzeichnet, daß jeder (ersten) Elektrode (38) eine weitere (zweite) Elektrode (34) fest gegenübersteht, die mit der Hochspannungsquelle (16) elektrisch verbunden ist und jeweils das andere Ende der Entladungsstrecke bildet, daß jeder Entladungsstrecke ein mit je einem Sensor-

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element (64) verbundenen Triggerkreis (62) zugeordnet ist zum Hervorrufen einer Impfionisation an der Entladungsstrecke, und daß das umlaufende Element (24) in den Sensorelementen selektiv Signale zum Erregen der Triggerkreise (62) hervorruft.

7. Zündverteiler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Triggerkreis (62) ein strahlendes Triggerelement zum Hervorrufen einer Impfionisation enthält.

8. Zündverteiler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Triggerkreis (62) ein ein elektrisches Feld zürn Hervorrufen einer Impfionisation erzeugendes Element enthält.

9. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entladungsstrecke in einer abgeschlossenen, evakuierten Kammer (41,43) angeordnet ist.

10. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entladungsstrecke in einer abgeschlossenen, gasgefüllten Kammer (41,43) angeordnet ist.

11. Zündverteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entladungsstrecke in einer abgeschlossenen, gasgefüllten Kammer (41,43) angeordnet ist, in Welcher

die Keimionisation durch direkte Photoionisation der Gasfüllung hervorgerufen wird.

12. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken in einer gemeinsamen, abgeschlossenen Kammer (41a,41b) angeordnet sind.

13. Zündverteiler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden zu einer baulichen Einheit (34d) zusammengefasst sind.

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