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Elektrische Hochfrequenz-Zündschaltung für Brennkraftmaschinen Gegenstand
der Erfindung ist eine elektrische Zündschaltung für Brennkraftmaschinen, bei welcher
der Zündfunke an den Elektroden der Zündkerze durch einen hochfrequenten Strom hervorgerufen
wird.
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Der Hochfrequenzstrom wird bei derartigen Zündeinrichtungen durch
unterbrochene Ladung und Entladung eines Speicherkondensators erhalten. Die Entladung
erfolgt, wenn die Spannung des Kondensators hoch genug ist, um sich über eine Reihe
von Entladungsfunkenstrecken bei den für die Hochfrequenz üblichen Resonanzbedingungen
auszugleichen. Die Entladungsfunkenstrecken, Kapazitäten usw. liegen entweder im
Hochfrequenzstromkreis oder in einem Stromkreis, der mit diesein Stromkreis durch
einen Hochfrequenztransformator gekoppelt ist.
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Es ist bei Hochfrequenz-Zündschaltungen dieser Bauart bereits bekannt,
einen Magnetzünder als Spannungsquelle und eine Reihe von Funkenstrecken von bestimmter
Überschlagsspannung zu verwenden. In diesem Falle wird der Höchstwert der erforderlichen
Energie an den Elektroden dieser Funkenstrecken bei der geringsten Drehzahl des
Magnetzünders erzeugt, da die den Elektroden für jeden Funken zugeführte Energie
entsprechend der Überschlagsspannung der Funkenstrecken und nicht durch die Drehzahl
des Magnetzünders gesteuert wird. Durch diesen Umstand wird die höchstzulässige
Hochfrequenzspannung begrenzt
und ein Energieüberschuß belassen,
der bei hohen Drehzahlen des Magnetzünders in der gesamten Hochfrequenzschaltanordnung
verteilt werden muß.
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Durch Einführung einer dritten Elektrode hat man versucht, diesen
Nachteil zu beheben; indes hat man gefunden, daß die in dem Funkenstreckenstromkreis
der dritten Elektrode benötigte Energie, die erforderlich ist, um dauernd einen
Zündfunken an der Zündkerze im entsprechenden Spannungsbereich zu gewährleisten,
größer war, als sie durch eine magnetelektrische Vorrichtung aufgenommen werden
konnte. Dadurch würde die Leistung des Hauptstromkreises bedingt durch die Einführung
einer dritten Elektrode wesentlich herabgesetzt.
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Man hat auch bereits Zündschaltungen vorgeschlagen, bei denen hintereinanderliegende
Entladungsfunkenstrecken benutzt werden, die eine im wesentlichen gleiche Überschlagsspannung
haben, und bei denen die Spannung an der Verbindung von einer Stelle im Ladestromkreis
entnommen ist, so daß sie einen Bruchteil der erzeugten Spannung beträgt. Derartige
Schaltungen besitzen den Nachteil des unkontrollierten Stromverlaufes innerhalb
der Schaltung, da es sich nicht mit Sicherheit voraussagen läßt, an welcher Entladungsstrecke
der Funkenüberschlag beginnt.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Schaltung ähnlicher Art wie
die vorstehend erläuterte zu schaffen, mit deren Hilfe die Entladung an der Zündfunkenstrecke
der Zündkerze mit geringstem Energieaufwand eingeleitet werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird in einer derartigen elektrischen Zündschaltung
ein Speicherkondensator mit einem Paar Entladungsfunkenstrecken in Reihe geschaltet,
wobei die Überschlagsspannung einer der Funkenstrecken der Größenordnung des Höchstwertes
der an dem Speicherkondensator angelegten Spannung entspricht oder auch vorzugsweise
etwas größer ist, während die Überschlagsspannung der anderen Funkenstrecke von
der Größenordnung der Hälfte der ersteren Funkenstrecke ist. Die Spannung für beide
Funkenstrecken wird an der gemeinsamen Verbindung zwischen ihnen angelegt. Die Verbindung
hat im wesentlichen das Potential der erzeugten Spannung oder das Potential Null,
wobei eine Anfangsspannung durch einen Spitzentransformator oder eine Spitzendrosselspule
erzeugt wird, die durch den Ladestrom des Kondensators mit Energie versorgt wird.
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Der Kondensator kann in bekannter Weise geladen werden, z. B. mittels
eines üblichen Magnetzünders oder einer Zündspule. Beispielsweise kann ein Wechselstromgenerator
verwandt werden, der die für eine abgestimmte Entladung an der Elektrode oder an
den Elektroden der Funkenstrecken benötigte Energie erzeugt. Nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung wird die an die Verbindung der beiden Funkenstrecken angelegte
Spannung bei einem solchen Wert geregelt und aufrechterhalten, daß sich die volle
erzeugte Spannung durch die Hochfrequenzfunkenstrecke der Zündkerze ausgleicht.
In dem erforderlichen Augenblick wird eine Spitzenspannung, hier als Initial- oder
Zündspannung bezeichnet, der bereits durch den Hauptstrom gelieferten Spannung derart
überlagert, daß an einer der beiden Funkenstrecken ein Überschlag stattfindet. Sobald
die erste Funkenstrecke mittels dieser Anordnung überbrückt ist, wird die Hauptstromspannung
an die verbleibende Funkenstrecke gelegt, so daß nunmehr beide Strecken, und zwar
hintereinander durch den Funken überbrückt werden.
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Die an einer der Funkenstrecken angelegte Initialspannung wird entweder
aus einer Spitzendrosselspule oder aus der Sekundärwicklung eines Spitzentransformators
entnommen. Die Drosselspule oder die Primärwindungen des Transformators sind in
Reihe mit dem Ladestromkreis des Speicherkondensators geschaltet, so daß eine Zündspannung
entsprechend dem Stromfluß im Ladestromkreis auftritt.
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Die benutzten Funkenstrecken sind vorzugsweise hermetisch abgeschlossen.
Eine Vereinfachung der benutzten Schaltung kann dadurch erzielt werden, daß man
beide Entladungsstrecken in einem einzigen, hermetisch abgeschlossenen Gehäuse anordnet.
In diesem Falle können die Elektroden der beiden Funkenstrecken, die miteinander
verbunden sind, durch eine einzige Zwischenelektrode ersetzt werden, die mit Abstand
von jeder der beiden Außenelektroden durch einen hohlen, keramischen oder Glaszylinder
gehalten und mit einer besonderen Verbindung versehen ist, die mit hermetischem
Abschluß durch die Wandung des Gehäuses geführt ist.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise und schematisch
veranschaulicht. Fig. i ist eine Zündschaltung mit Spitzentransformator; Fig. i
ist eine ähnliche Zündschaltung, bei der jedoch eine Spitzendrosselspule an Stelle
des in Fig. i dargestellten Spitzentransformators dargestellt ist.
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Gemäß Fig. i dient der Erzeugerstrom, im vorliegenden Falle und zweckmäßig
der Primärstrom eines Magnetzünders, dazu, um den Kondensator mit der Kapazität
G1 von der Sekundärwicklung S1 des Magnetzünders aus durch die Primärwicklung T,
eines Spitzentransformators zu laden. Eine Sekundärwicklung S" des Spitzentransformators
ist parallel zu der Sekundärwicklung S, geschaltet, wobei eine Klemme der Wicklung
Sn an den beiden in Reihe geschalteten Funkenstrecken G1 und G2 liegt. Die Spannung
an der Verbindungsstelle von G1 und G2 wird während der Ladeperiode in ihrem Wert
gemäß der sekundär erzeugten Spannung aufrechterhalten, weil nämlich der Spitzentransformator
gesättigt wird und dadurch die Impedanz C besitzt. Die Überschlagsspannung der Funkenstrecke
G2 stellt sich so ein, daß sie die überzeugte Spannung aufwiegt, während die Überschlagsspannung
der Strecke G1 etwa die Hälfte der überschlagsspannung der Strecke G2 ist.
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Wenn der Kondensator C1 die Spitzenspannung erreicht, fällt der Ladestrom
in der Primärwicklung T" des Spitzentransformators auf Null zurück.
Es
entsteht jetzt eine Spannungsspitze an den Elektroden der Funkenstrecke G2 mit nachfolgendem
Funkenüberschlag, vorausgesetzt, daß die Spannung der Sekundärwicklung S, des Spitzentransformators
nicht größer ist als die Überschlagsspannung von GV Der Spitzentransformator wird
in an sich bekannter Weise derart angeordnet, daß der magnetische Kraftlinienfluß
bei einem gegebenen Wert des Primärstroms gesättigt ist und beim Absinken des Primärstroms
auf Null eine Spitzenspannung erzeugt. Sobald die Strecke G2 überbrückt ist, tritt
die Spannung des Speicherkondensators Cl an der zweiten Funkenstrecke G1 auf, und
es findet ein vollständiger Überschlag an den Funkenstrecken G1 und G2 statt. Voraussetzung
ist, daß die Konstanten, wie z. B. der Widerstand der Funkenstrecken G1 und G2 und
die Kapazität Cl, richtig bemessen sind. Durch die beschriebene Schaltung wird es
ermöglicht, daß die im Kondensator Cl aufgespeicherte Energie über den Transformator
T1 in den Zündkerzenstromkreis übertritt. Da die Zündfunkenstrecke der Zündkerzen
nicht überbrückt wird, ehe nicht die Kapazität Cl vorhanden ist, so tritt nur ein
Zündfunke bei jeder Betätigung des Unterbrechers im Primärstromkreis des Magnetzünders
und unabhängig von dessen Drehzahl auf. Steigt die Drehzahl des Magnetzünders bzw.
der magnetelektrischen Vorrichtung, vergrößert sich die Ladung auch bei dem Kondensator
Cl und ergibt ihrerseits wieder eine höhere Zündspannung an den Kerzen. Die vorliegende
Erfindung ermöglicht also eine Hochfrequenzschaltung, die durch die mit der Drehzahl
steigenden Spannung charakterisiert ist, ähnlich wie bei den üblichen magnetelektrischen
Zündmaschinen.
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In Fig. a ist ein ähnlicher Stromkreis dargestellt mit der Ausnahme,
daß eine Spitzendrosselspule Chp in den Ladestromkreis des Kondensators Cl eingeschaltet
ist. Die Drosselspule besitzt einen Kern, der bei einem bestimmten Wert des Kondensatorladestroms
gesättigt ist. Wenn der Ladestrom bei der Kondensatorspitzenspannung auf Null absinkt,
entsteht auch in der Drosselspule eine Spitzenspannung, jedoch von entgegengesetztem
Sinn zu der Speisespannung, indem auf diese Weise die Spannung an der Verbindungsstelle
der Sekundärwicklung S1 und der Drosselspule Chp nach dem Erdpotential heruntergedrückt
wird. Da es nicht möglich ist, die Verbindungsstelle unmittelbar mit dem Ladestromkreis
zu koppeln, wird die Verbindungsstelle kapazitiv gespeist. Aus diesem Grunde ist
der Kondensator C2 in den Stromkreis eingebaut.
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Ein Widerstand R ist im Nebenschluß zur Strecke G2 angeordnet, um
die Spannung der Verbindungsstelle von G1 und G2 während der Ladeperiode von Cl
im wesentlichen auf dem Potential Null zu halten. Der Wert des Widerstandes R sollte
demgemäß so sein, daß, wenn er in Verbindung mit der Kapazität C2 gehalten wird,
der verhältnismäßig langsame Anstieg der durch G1 erzeugten Spannung eine kleine
oder keine Spannung an G2 ergeben sollte, während die plötzlich von der Spitzendrosselspule
her auftretende Spannung an G1 mit kleinstem Verlust erscheinen soll. Beim Betrieb
wird die Strecke G1 durch die Spannung von Si und R gespeist, da die Impedanz von
Chp während der Sättigung Null ist. Wenn die Spannung am Speicherkondensator Cl
sich der Höchstspannung nähert, fällt der Ladestrom auf Null, und an der Strecke
G1 entsteht eine Spitzenspannung mit Funkenüberschlag. Die volle Spannung von Cl
erscheint nun an der Strecke G2, die ebenfalls überbrückt wird, wobei die Sekundärwicklung
des Transformators T1 vom Zündkerzenstromkreis mit Energie versorgt wird.
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Bei der in Fig. z dargestellten Anordnung ist die Überschlagsspannung
von G1 und G2 in der Größenordnung des Höchstwertes der erzeugten Spannung oder
vorzugsweise eine noch etwas höhere Spannung, während die Überschlagsspannung der
Strecke G2 annähernd die Hälfte der Spannung von G1 sein sollte.
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Während - in derartigen Zündschaltungen das beste Verhältnis der Überschlagsspannungen
der Funkenstrecken 'z : i ist, können andere Verhältnisse in der Größe von etwa
1,5 : i gemäß der Erfindung und in einem Bereich von 1,5 : i bis 3 : i angewandt
werden, um bestimmten Anforderungen der Schaltung, z. B. ein schnelles Abreißen
des Zündfunkens, gerecht zu werden.
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Da der Betrieb der Schaltung nur erfordert, daß die Entladungswege
der Strecken G1 und G2 getrennt sind, ist es möglich, jedoch nicht notwendig, die
beiden Strecken in einem Gehäuse unterzubringen. Diese Maßnahme ist nur bei Schaltungen
anwendbar, bei welchen es wünschenswert ist, die Entladungsstrecken einzuschließen
oder hermetisch abzuriegeln.
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Die Zeichnung veranschaulicht Schaltungen, die von einer üblichen
magnetelektrischen Zündvorrichtung gespeist werden, doch könnte statt dessen, wie
oben erläutert, eine andere zweckentsprechende Vorrichtung verwendet werden.