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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zündsystem für eine innere
Brennkraftmaschine, insbesondere zum Gebrauch in einer Kettensäge und
ähnlicher Maschine, umfassend einen magnetisch leitenden Kern, der eine
Ladewicklung und eine Trägerwicklung unterstützt, ein Schwungrad, daß
zumindest ein Magnetfelderzeugungsteil hat und geeignet ist, mit dem
magnetisch leitenden Kern zusammenzuwirken, um zu bewirken, daß während
des Vorbeilaufens Spannungen in der Wicklung induziert werden, und eine
elektronische Schaltungseinrichtung, die geeignet ist, um in Antwort auf einen
Triggerimpuls, der durch Triggerwicklung erzeugt wird, die Entladung eines
Kondensators, welcher durch eine Spanung, die in der Ladewicklung erzeugt
wird, aufgeladen worden ist, über die Primätwicklung einer Zündungsspule, die
Sekundärwicklung, welche eine Zündkerze faßt, zu triggern. Ein Zündsystem von
dieser Art ist in dem Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1 aufgeführt.
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Brennkraftmaschinen für Kettensägen oder ähnliche Maschinen arbeiten
oft bei sehr hohen Geschwindigkeiten, zum Beispiel bis zu 14.000 U/min. Dies
bedeutet, daß das Zündsystem des Motors so aufgebaut werden muß, daß es eine
große Zündvoreilung in Reihe für den Motor hat, um genau zu funktionieren.
Zur gleichen Zeit muß die Zündvoreilung nicht zu groß sein, wenn die Maschine
gestartet werden soll. Wenn der Zündvoreilung beim Start zu groß ist, kann es
leicht passieren, daß Gegenlauf stattfindet, welcher für die Person, die zum
Beispiel eine Kettensäge handhabt, Verletzungen verursachen kann.
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Als weiteres werden innere Brennkraftmaschinen heutzutage so aufgebaut,
daß sie einen hohen Leistungsausgang haben, was oft eine hohe Verbrennung in
dem Motor bedeutet. Wenn solch ein Motor durch Ziehen des Startbandes oder
dergleichen gestartet werden soll, wird die hohe Kompression einen
Bremseinfluß auf die Bewegting der Kolben haben und der Startverlauf wird
unruhig. Zusätzlich zu dem Rückwäitslauf kann es passieren, daß der Motor in
die Rückwäitsrichtung zu rotieren beginnt, was nicht akzeptabel ist und
verhindert werden muß. Dieser Verlauf kann ebenfalls stattfinden, wenn die
Kettensäge von einem Zustand der Nichtbelastung auf einen Zustand der starken
Belastung mit einer damit verbundenen starken Abnahne in der
Motorgeschwindigkeit übergeht.
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Eine Lösung des Problems ist es, den Motor mit einem besonders weit
gestreckten Bereich der Zündvoreilung, welcher die erforderliche große
Zündvoreilung bei Arbeitsgeschwindigkeit erlaubt und gleichzeitig die
Möglichkeit einer späten Zündung beim Start, wo der Zündungsfunke in einem
Moment auftreten sollte, welcher mit einem oder einigen Grad vor dem oberen
Totpunkt korrespondiert, auszustatten. Solch eine Lösung wird in WO-A-
95/15437(PCT/SE94/01152) beschrieben.
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Eine weitere Art des Sicherstellens, daß der Motor in die korrekte Richtung
rotiert, wird in US-A-5,050,553 beschrieben. In dieser Veröffentlichung wird ein
mikroprozessorgesteuertes, kapazitives Zündungssystem für innere
Brennkraftmaschinen, insbesondere Rasenmäher, Kettensägen und dergleichen,
beschrieben, in welchen die Rotationsrichtung des Motors mit Hilfe eines
Detektors, der den Anfall der positiven und/oder negativen Halbperioden zählt,
die in einer Ladewicklung in der Magnetischen Schaltung des Zündsystemes
auftreten, wenn die Wicklung dtirch ein vorbeilaufendes magnetisches
Felderzeugungsteil, das auf dem Schwungrad des Motors angeordnet ist,
beeinflußt wird, detektiert wird.
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Die Vorrichtung, die in der Veröffentlichung beschrieben wird, und zum
Detektieren der Richtung der Rotation des Motors benutzt wird, setzt voraus,
daß das Zündsystem einen Mikroprozessor beinhaltet, welcher zusätzliche
Kosten für das Produkt in einer Größenordnung verursacht, welche es oft
wünschenswert macht, eine einfachere Lösung für das Problem zu finden.
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Dementsprechend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu
liefern, welche durch Gebrauch einer einfachen Einrichtung es möglich macht,
die Richtung der Rotation einer inneren Brennkraftmaschine von deni Typ, auf
den sie bezogen wird, zu bestimmen und zu verhindern, daß Triggerpulse zu dem
Elektronikschalter im Falle einer falschen Rotationsrichtung des Motors
durchgeschaltet werden.
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Das Ziel wird durch ein Zündsystem von der Art wie beschrieben, erreicht,
in welchem eine zusätzliche Wicklung geliefert und so angeordnet wird, daß
während seiner normalen Rotationsbewegung das Schwungrad zuerst die
zusätzliche Wicklung passiert, bevor es über die Schenkel des magnetisch
leitenden Kernes einschwenkt, wobei die Spannung, die in der zusätzlichen
Wicklung induziert wird, dazu benutzt wird, um die Triggerimpulse vom
Erreichen der Schalteinrichtung abzuhalten, wenn die Rotationsrichtung der
Maschine entgegengesetzt zu der normalen ist. Diese Merkmale werden in dem
kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführt.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den beigefügten Unteransprüchen
aufgeführt.
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Die Erfindung wird nun detallierter in Verbindung nüt einer
Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden, in welchen:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht des Zündsystems entsprechend der
Erfindung zeigt, in eine Richtung senkrecht zu einem Schwungrad, das in der
Ebene der Zeichnung rotiert, gesehen;
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Fig. 2 einen Abschnitt des Zündsystems von Fig. 1 von oben gesehen zeigt;
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Fig. 3 das Zündsystem von Fig. 1 von der linken Seite zeigt;
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Fig. 4 ein elektrisches Schaltdiagramm für das Zündsystem zeigt; und
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Fig. 5 ein Kurvendiagramm für die Spannungen ist, welche in dem
Zündsystem auftreten.
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In Fig. 1 wird der mechanische Aulbau eines Zündsystems vom
magnetischen Typ entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das
Zündsystem ist dafür geeignet, in einer Zweitakt-Brennkraftmaschine für eine
Kettensäge benutzt zu werden. Die Maschine ist von einem Typ, der für
gewöhnlich benutzt wird, und wird nicht im weiteren im Detail beschrieben
werden. Das System umfaßt einen magnetisch leitenden Eisenkern 10, der mit
drei Schenkeln 11, 12, 13 ausgestattet ist. Auf eine geeignete Weise wird der
Kern auf der Kettensäge montiert, um mit einer magnetischen
Felderzeugungseinrichtung 15 zu kooperieren, die imt dem Flugrad 14 auf dem
Motor fixiert ist und die Form eines Permanentmagneten hat, der mit einem
Nordpol und mit einem Südpol, die mit N und S jeweils gekennzeichnet sind,
ausgestattet ist.
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Das Schwungrad 14 rotiert in die Richtung, die durch einen Pfeil in der
Figur angezeigt wird. Auf seinem Schenkel 11 trägt der Eis enkern 10 eine
Zündspule 17, die für gewöhnlich eine primäre 18 und eine sekundäre 19 umfaßt
(Fig. 4). Eine Zündkerze 20 ist mit der Sekundätwicklung 19, wie schematisch in
Fig. 4 dargestellt wird, verbunden. Zusätzlich trägt der Eisenkern 10 auf seinem
Schenkel 13 eine Ladewicklung 20, von welcher die induzierte Spannung zum
Laden eines Kondensators für den Zweck des Speicherns der Zündenergie
vorgesehen ist. Weiterhin ist eine Triggerwicklung 22 um die Schenkel 11 und 12
gewickelt, welche zum Triggern eines elektronischen Schalters vorgesehen ist.
Die Anordnung der verschiedenen Wicklungen treten deutlich in den Figuren 1
bis 3 in Erscheinung. Die Zündungsspule 17, die Triggerwicklung 22 und die
Ladewicklung 21 werden auf kleinen Spulenkörpern angeordnet, die in einer
Plastikhaube 25 untergebracht sind, welche nut geeigneten Löchern für die
Schenkel des Eisenkernes ist. Die Plastikhaube 25 ist ebenso dafür geeignet, eine
gedruckte Platine zu enthalten, welche die elektronischen Bauteile des
Zündsystems trägt. Nachdem die Bauteile angeordnet worden sind, wird die
Plastikhaube nüt Harz oder dergleichen zum Schutz gegen Feuchtigkeit oder
anderem externen Einfluß gefüllt.
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Die fortlaufende Beschreibung wird, in Verbindung mit einem elektrischen
Schaltungsdiagramm, das in Figur 4 gezeigt wird, für ein Zündsystem,
entsprechend der Erfindung, stattfinden. Die Hauptbauteile des Systems
umfassen die Wicklungen auf dem Eisenkern, auf die oben bezogen wird,
nämlich die Ladewicklung 21 und die Triggerwicklung 22, einen
Ladekondensator 26, die Zündungsspule 17 mit der Primär- 18 und der
Sekundärwicklung 19, die Zündkerze 20, die nut der Sekundärwicklung 19
verbunden ist und einen elektronischen Schalter in Form eines Thyristors 27.
Über einen Leiter 28 und eine Diode 29 wird die Ladewicklung 21 mit einem
Endstück des Kondensators 26 verbunden, wärend das andere Endstück des
Kondensators über die Primärwicklung 18 der Zündspule mit einem
gemeinsamen Verbindungspunkt, der durch einen Leiter 30 dargestellt wird, der
das Referenzpotential 0 oder Erde hat, verbunden wird. Die Primätwicklung 18
wird parallel mit einer Diode 31 verbunden, die ihre Leitungsrichtung gegen den
Leiter 30 hat.
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Wie gewöhnlich hat der Thyristor 27 seine Anode, die mit dem
Ladekondensator 26 verbunden ist, und seine Kathode, die mit dem
gemeinsamen Referenzpunkt verbunden ist, das heißt, dein Leiter 30. Der
Thyristor hat eine Triggerschaltung 32, die hauptsächlich aus der
Triggerschaltung 22 und dem Kollektor-Emitterweg eines Transistors 33 besteht.
Dementsprechend wird der Kollektor des Transistors mit der Triggerwicklung 22
verbunden, die parallel mit einern Widerstand 34 verbunden ist, wohingegen der
Emitter des Transistors mit der Steuerelektrode des Thyristors verbunden ist.
Weiterhin ist der Emitter mit dein Leiter 30 über einen Widerstand 35
vetbunden. Schließlich ist die Basis des Transistors über einen Widerstand 36
init dem Knoten zwischen der Diode 29, dem Ladekondensator 26 und der Anode
des Thyristors 27 verbunden.
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Das Zündsystem entsprechend der Ausführungsform in der Fig. 4 arbeitet
in folgender Weise. Es wird auf die Fignr 5 ebenfalls bezogen, die die
Wellenformen für verschiedene Spannungen, die in dem Zündsystem auftreten,
zeigt. Wenn das Schwungrad 14 mit einein Magnet 15 den Eisenkern 10 passiert,
werden Spannungen in der Ladewicklung 21 und in der Triggerwicklung 22
jeweils erzeugt, die die Wellenformen, welche in Fig. 5 gezeigt werden, haben.
Wenn die Spannung UL in der Ladewicklung eine positive Polarität hat, fließt
der Ladestrom über den Leiter 28 und die Diode 29 zu dem Kondensator 26, was
den letzteren dazu veranlaßt, aufgeladen zu werden. In Fig. 5 kann man sehen,
daß während einer kompletten Umdrehung des Schwungrades 14 die
Ladespannung UL zwei Perioden hat, in welchen der Ladestrom fließt, wovon die
letztere der zwei Perioden den wichtigsten Zuschuß zur Ladung des
Kondensators gibt. Während der Funktion des Motors findet normalerweise eine
Entladung des Kondensators 26 zwischen den Ladeperioden, die erwähnt werden
statt, so daß nach der ersten Umrundung beim Start der Kondensator während
der zweiten Periode schon auf solch eine hohe Spannung aufgeladen worden ist,
daß jede zusätzliche Ladung während der folgenden ersten Periode mit positiver
Ladespannung nicht geliefert wird. In der weiter folgenden Diskussion wird
vorausgesetzt, daß der Kondensator 26 geladen worden ist, und daß das
Schwungrad 14 am Beginn eines neuen Durchlaufes des Eisenkernes 10 ist.
Anfangs hat die Spannung UT in der Triggerwicklung einen negativen Abfall,
steigt jedoch dann, idealisiert gesehen, linear entgegen einem Höchstwert, nach
welchem sie auf null fällt und einen anderen negativen Abfall durchläuft. In dem
Diagramm kann man sehen, daß die Spannungen UL und UT in der
Ladewicklung und in der Triggerwicklung jeweils in Antiphasen auftreten.
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Für das Triggern des Thyristors 27 ist der ansteigende Teil der
Triggerspannung von Interesse. Wenn die Spannung auf einen bestiimnten Wert
angestiegen ist, wird ein Strom veranlaßt, durch den Transistor 33 und den
Widerstand 35 zu fließen, was darin resultiert, daß der Thyristor 27 gezündet
wird. Als ein Ergebnis wird der Kondensator 26 über den Thyristor und die
Primärwicklung 18 entladen. Auf gewöhnliche Weise verursacht dies eine hohe
Spannung, die in der Sekundärwicklung 19 erzeugt wird, und diese hohe
Spannung verursacht einen Funken in der Zündkerze 20.
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Um das Triggern des Thyristors 27 zu verhindern, wenn der Motor in die
falsche Richtung rotiert, ist entsprechend der Erfindung eine zusätzliche
Wicklung 37 benachbart zu dem Eisenkern 10 angeordnet worden, so daß, wenn
das Schwungrad 14 in Richtung des Pfeiles in Fig. 1 rotiert (die normale
Richtung der Rotation des Motors), der Magnet 15 auf dem Schwungrad die
Wicklung 37 durchläuft, bevor die anderen Wicklungen auf dem Eisenkern 10
erreicht werden. Die Windung 37 ist auf einem stabförinigen Kern 38 mit einem
kreisförmigen Querschnitt und kleinen Dimensionen, zum Beispiel einem
Durchmesser von 0.5 mm habend, angeordnet. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, wird
der Kern 38 in der Plastikhaube 25 fixiert, um so in der Figur vertikal
ausgerichtet zu sein. Im folgenden wird wegen ihrer Funktion die zusätzliche
Wicklung 37 als die Ermöglichungsspule bezeichnet werden.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich wird, ist die Ermöglichungsspule 37 mit der Basis
des Transistors 40 über einen Widerstand 39 verbunden. Weiterhin ist die Basis
über einen Widerstand 41 mit dem Leiter 30 verbunden, zu welchem ebenfalls
das entgegengesetzte Ende der Ermöglichungsspule verbunden ist. Der Kollektor
des Transistors 40 ist direkt mit der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors
42 verbunden, wobei die Steuerungselektrode weiterhin mit dem Leiter 30 über
einen Kondensator 43 und mit dem Leiter 28 über einen Widerstand 44 und eine
Diode 45 verbunden ist. Um die Spannung des Kondensators 43 auf einem
gewünschten Wert zu halten, wird eine Zenerdiode 46 parallel mit dem
Kondensator verbunden. Die Quellenelektrode des Feldeffekttransistors 42 wird
direkt mit dem Leiter 30 verbunden, wohingegen die Ausgangselektrode des
Feldeffekttransistors mit der Basis des Transistors 33 verbunden ist.
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Die somit komplettierte Schaltung von Fig. 4 funktioniert auf die folgende
Art. Während der Rotation des Schwungrades 14 in Richtung des Pfeiles in Fig. 1
wird der Magnet 15 zuerst die Ermöglichungsspule 37 durchlaufen, welches
einen kurze Spannungsimpuls darin reduziert, welcher an dem Basisemitterweg
in dein Transistor 40 auftritt. Der Spannungsimpuls wird in Fig. 5 gezeigt und
ist mit UE bezeichnet worden. Wie in der Funktionsbeschreibung, die oben
gegeben wird, wird angenonnnen, daß das Schwungrad einmal rotiert hat, so daß
der Kondensator 26 von der Ladewicklung 21 aufgeladen worden ist, wie es der
Kondensator 43 über den Widerstand 44 und die Diode 45 gemacht hat. Wenn
der Spannungsimpuls auftritt, wird der Transistor 40 in einen Leitungszustand
versetzt und der Kondensator 43 wird dadurch entladen, was darin resultiert,
daß die Spannung auf dem Kondensator 43 das Referenzpotential auf dem Leiter
30, das heißt 0 Volt annimmt. Wenn die Spannung auf der Steuerelektrode des
Feldeffekttransistors 42 herunter geht, schaltet der Transistor von leitenden in
nicht leitenden Zustand, was in einer Möglichkeit für den Transistor 33, das
Leiten zu starten, resultiert. Die Spannung, die in der Triggerwicklung 22
induziert wird, kann dann den Transistor 33 zu der Steuerelektrode des
Thviistors 27 durchlaufen, um ihn anzuschalten, so daß ein Zündungsfunke
durch die Zündungsspule erzeugt wird.
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Durch Verfolgen des Ablaufs der Ladespannung UL in Fig. 5, kann man
sehen, daß nach dem Auftreten der Ermöglichungsspannung UE die
Ladespannung UL einen negativen Abfall hat, welcher nach einer bestiminten
Zeit in einen positiven Verlauf übergeht, wo die Hauptladung an die
Kondensatoren 26 und 43 geliefert wird. Die Spannung an dem Kondensator 43,
in dein Diagramm von Fig. 5 mit UG bezeichnet, ist, bis die Ladespannung UL
wiederum einen positiven Verlauf hat, in welchem der Kondensator 43 das
Wiederaufladen startet, niedrig. Wenn die Spannung auf dem Kondensator 43
auf einen bestimmten Wert angestiegen ist, schaltet der Feldeffekttransistor 42
in einen leitenden Zustand um, der das Potential der Basis des Transistors 33 auf
in das Bestehende an dem Leiter 30, das heißt 0 Volt, herunterzieht. Als ein
Ergebnis wird der Transistor 33 blockiert werden und danach kann jede
Spannung, die möglicherweise in der Triggerwicklung induziert wird, nicht den
Transistor 33 durchlaufen, was fehlerhafte Triggerimpulse erzeugt. In Fig. 5
wird ersichtlich, daß die Spannung an dem Kondensator 43 einen Verlauf hat,
der ein Fenster bildet, worin die Spannung niedrig ist (0 Volt) und worin
Triggern stattfinden kann. In Verbindung damit sind Anordnungen gemacht
worden, so daß der nützliche Teil der Triggerspannung UT einen Verlauf hat,
der richtigerweise in das Fenster fällt. Dementsprechend wird, wenn der Motor
in die korrekte Richtung rotiert, die Triggerpulse durch den Transistor 33
gelassen, was Zündfunken, wie gewünscht, erzeugt.
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Wenn aus irgendeinem Grund der Motor in die entgegengesetzte Richtung
zu der normalen rotieren sollte, wird eine der Wicklungen 21 und 22 durchlaufen
werden, bevor die Ermöglichungsspule 37 von dem Magneten 15 erreicht wird. In
diesem Fall wird der Spannungsimpuls UE von der Ermöglichungsspule negativ
sein. Daher wird der Transistor 40 nicht leiten und der Kondensator 43 nicht
dadurch entladen werden. Die Spannung an dem Kondensator 43 hält den
Feldeffekt des Transistors 42 leitend, was bedeutet, daß der Transistor 33
blockiert wird, wenn die Spannung in dem Transistor 33 blockiert wird, wenn die
Spannung in der Triggerwicklung 22 induziert wird. Dementsprechend wird in
diesem Fall jeder Triggerimpuls durch die Steuerungselektrode des Thyristors 27
nicht hindurchgelassen.
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In Fig. 5 kann man sehen, daß die Triggerspannung TT eine andere
Zeitperiode hat, worin sie positiv ist, bezogen auf das Endstück der
Triggerspannung. Dieses Endstück tritt in einem Moment außerhalb des
Fensters auf und kann kein fehlerhaftes Triggern des Thyristors verursachen. In
der Figur ist das Niveau des Endstückes niedrig, wird jedoch ansteigen, wenn die
Motorgeschwindigkeit ansteigt, und bei hohen Geschwindigkeiten kann das
Endstück für fehlerhaftes Triggern des Thyristors 27 im Falle der
Ermöglichungsspule 37 Anlaß geben und entsprechende Bauteile sollten
vernachlässigt werden.