DE959772C

DE959772C - Battery ignition arrangement for internal combustion engines

Info

Publication number: DE959772C
Application number: DEF16403A
Authority: DE
Inventors: Hans Werner Fock
Original assignee: HANS WERNER FOCK
Current assignee: HANS WERNER FOCK
Priority date: 1954-12-19
Filing date: 1954-12-19
Publication date: 1957-03-14

Description

Seit Jähren bemühen sich die Hersteller von Kraftwagenbrennkraftmaschinen um eine Verbesserung der gebräuchlichen Batteriezündung. Die neueren Kraftwagen besitzen Maschinen, deren Verdichtungsverhältnis erheblich höher ist als bisher. Wenn man das hochverdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylindern der Maschine mit Hilfe eines elektrischen Funkens zur Entzündung bringeil will, so bedarf es um so größerer elektrischer Energie, je größer die Verdichtung ist. Es ist also notwendig, dien Zündkerzen, einen energiereichen elektrischen Spannungsimpuls zuzuführen.For years, the manufacturers of internal combustion engines for automobiles have been striving to improve the common battery ignition. The newer automobiles have machines whose Compression ratio is significantly higher than before. When you look at the highly compressed fuel-air mixture in the cylinders of the machine with the help of an electric spark for ignition bringeil, the greater the compression, the greater the need for electrical energy. It is therefore necessary, the spark plugs, a high-energy one supply electrical voltage pulse.

Das Prinzipschaltbild der gebräuchlichen Batteriezündung ist in Abb. ι wiedergegeben, wobei S den Schalter, B die Batterie, V den Verteiler, K die Zündkerze, C/ den Unterbrecher, C einen Kondensator und Z die aus Primärwicklung Z₁ und Sekundärwicklung Z₂ bestehende Zündspule bezeichnet. Man könnte annehmen, daß eine Erhöhung der Windungszahl der Wicklung Z₂ ein ao größeres Übersetzungsverhältnis und damit einen stärkeren Zündfunken ergeben würde. Mit der Vergrößerung der Windungszahl von Z₂ wird zwar tatsächlich die sekundäre Leerlauf spannung erhöht, gleichzeitig steigt aber der Innenwiderstand der Wicklung Z₂, und dadurch bricht bei Belastung des Sekundärkreises durch Streukapäzitätem und besonders durch die Funkenstrecke der Zündkerze die Sekundärspannung zusammen.The basic circuit diagram of the common battery ignition is shown in Fig. Ι, where S the switch, B the battery, V the distributor, K the spark plug, C / the breaker, C a capacitor and Z the ignition coil consisting _{of primary winding Z 1} and secondary winding Z ₂ designated. One could assume that an increase in the number of turns of the winding Z _{2 would result in} an ao greater transmission ratio and thus a stronger ignition spark. With the increase in the number of turns of Z ₂ , the secondary no-load voltage is actually increased, but at the same time the internal resistance of the winding Z _{2 increases} , and as a result, the secondary voltage collapses when the secondary circuit is loaded by stray capacities and especially by the spark gap of the spark plug.

Bei gleichbleibendem oder verringertem Innenwiderstand der Sekundärwicklung muß also dieIf the internal resistance of the secondary winding remains the same or is reduced, the

magnetische Flußänderung ——■ erhöht werden, ummagnetic flux change —— ■ be increased to

dtGerman

mehr Energie an der Zündkerze zu erhalten. Derget more energy from the spark plug. Of the

magnetische Fluß Φ ist proportional der primären Ampere-Windungszahl. Bei gegebener primärermagnetic flux Φ is proportional to the primary number of ampere turns. Given the primary

Windungszahl muß daher die Stromänderung -j—The number of turns must therefore be the change in current -j-

erhöht werden. Die Schaltzeit dt läßt sich bei den gegebenen Schaltern nicht mehr wesentlich verkürzen, so daß als einzige Maßnahme die Erhöhung des Primärstromes / verbleibt.increase. The switching time dt can no longer be shortened significantly with the given switches, so that the only measure that remains is to increase the primary current /.

Dies erscheint auf den ersten Blick äußerst einfach erreichbar, indem man den Innenwiderstand der Primärwicklung Z₁ herabsetzt oder die Batteriespannung erhöht. Damit hat man zwar den Primärstrom erhöht, aber man. steht vor der Schwierigkeit, wie man diesen Strom schalten will, um ein großes -j- zu bekommen·. In den gebräuchlichen Batteriezündanlagen mit einer Batteriespan'-nung von 6 Volt beträgt der Primärstrom / = 4 bisAt first glance, this appears to be extremely easy to achieve by reducing the internal resistance of the primary winding Z ₁ or increasing the battery voltage. With that you increased the primary current, but you did. is faced with the difficulty of how one wants to switch this current in order to get a capital -j- ·. In the usual battery ignition systems with a battery voltage of 6 volts, the primary current is / = 4 to

4,5 Ampere. Ein Wert von -=— bis zu io⁵ Amao dt 4.5 amps. A value from - = - up to io ⁵ Am ao dt

pere/Sekunde wird erreicht, indem man den Primärkreis mit Hilfe eines mechanischen Unterbrechers plötzlich öffnet. Dieser Unterbrecher bildet das Hauptproblem der Zündanlage. Beipere / second is achieved by breaking the primary circuit with the help of a mechanical breaker suddenly opens. This breaker is the main problem with the ignition system. at

sS einer gegebenen Schaltleistung hat der Unterbrecher mir eine bestimmte Lebensdauer, die bekanntlich um so kürzer wird, je höher die Schaltleistung ist.The breaker has sS a given switching capacity me a certain service life, which is known to be shorter, the higher the switching capacity is.

Von verschiedenen Seiten sind daher Anstrengungen gemacht worden, um einen energiereicheren Zündfunken zu liefern, ohne die Lebensdauer des Unterbrecherkontaktes zu verkürzen. Beispielsweise sind Kunstschaltungen vorgeschlagen worden, um die Einwirkung des Stromes auf die Unterbrecherkontaktflächen herabzusetzen. Nach einem anderen Vorschlag benutzt man den Moment des Schließens des Primärkreises, um die Zündspannung zu induzieren. Neuere Entwicklungen gehen in der Richtung, daß man steuerbare elekironische Gasröhren zur Impulsformung benutzt. In einem anderen Falle hat man zwei getrennte Zündanordnungen vorgesehen, von denen je eine für die Hälfte' der Zylinderzahl benutzt wird. Alle diese Zündanordnungen sind verwickelt und damit wenig betriebssicher, sie erfordern außerdem einen großen Aufwand und sind deshalb teuer und unwirtschaftlich. Keiner dieser Vorschläge bat bisher eine verbreitete Anwendung gefunden.Efforts have therefore been made on various sides to find a more energetic one To deliver ignition sparks without reducing the service life of the breaker contact. For example, art circuits have been proposed to prevent the action of electricity reduce the breaker contact surfaces. Another suggestion is to use the moment closing the primary circuit to induce the ignition voltage. Recent developments go in the direction of using controllable electronic gas tubes for pulse shaping. In another case, two separate ignition assemblies have been provided, one of which each is used for half the number of cylinders. All of these ignition arrangements are involved and with it not very reliable, they also require a great deal of effort and are therefore expensive and uneconomical. Neither of these proposals has so far found widespread use.

Bekannt ist ferner eine Batteriezündanlage, bei welcher-jeder Zündkerze eine besondere Zündspule zugeordnet und außerdem ein mit einer Gruppe von Zündspulen über den Verteiler zusammenarbeitender Vortransformator vorgesehen ist, dessen Primärkreis durch den Unterbrecherkontakt ein- und ausgeschaltet wird. Durch diese Anordnung wird zwar die Strombeanspruchung der Verteilerkontakte, aber nicht die Strombeanspruchung des Unterbrecherkontaktes herabgesetzt. Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung vorgeschlagen, die eine Erhöhung des Primärstromes/A battery ignition system is also known in which each spark plug has a special ignition coil and also one that cooperates with a group of ignition coils via the distributor Pre-transformer is provided, whose primary circuit through the breaker contact is switched on and off. With this arrangement, the current load of the Distribution contacts, but not the current load on the breaker contact is reduced. According to the invention, an arrangement is proposed which increases the primary current /

bzw. eine Erhöhung von —- ermöglicht, ohne daß ihr die geschilderten Mängel anhaften.or an increase of - is possible without the defects described adhere to it.

Zur Erklärung der Wirkungsweise dieser Anordnung dienen folgende Überlegungen. Bei der bekannten Schaltung nach Abb. 1 wird durch die Selbstinduktion der Primärwicklung Z₁ ein Spannungsimpuls induziert, wenn der Unterbrecher U den Primärkreis .öffnet. Dieser Spannungsimpuls tritt an dem Kontaktpaar des Unterbrechers und (weil der Innenwiderstand der Batterie gering ist) auch an den Klemmen der Primärwicklung auf. Der Spannungsimpuls wird entsprechend dem Verhältnis von sekundärer zu primärer Windungszahl hochtransformiert und erscheint an der Zündkerze als Hochspannungsimpuls. Wenn man also mit irgendwelchen einfachen Mitteln im Primärkreis einen Spannungsimpuls (von z. B. 300 Volt Spitzenspannung) erzeugen kann, würde diese gewünschte Zündwirkung hervorgerufen werden.The following considerations serve to explain the mode of operation of this arrangement. In the known circuit according to Fig. 1, a voltage pulse is induced _{by the self-induction of the primary winding Z 1} when the interrupter U opens the primary circuit. This voltage pulse occurs at the contact pair of the breaker and (because the internal resistance of the battery is low) also at the terminals of the primary winding. The voltage pulse is stepped up according to the ratio of the secondary to the primary number of turns and appears on the spark plug as a high-voltage pulse. So if you can generate a voltage pulse (with a peak voltage of 300 volts, for example) in the primary circuit by any simple means, this desired ignition effect would be produced.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß man in einem Gleichstromkreis einen Spannungsimpuls erzeugen kann, indem man plötzlich eine Induktivität in den Strom weg einschaltet. In Abb. 2 ist das Prinzipschaltbild einer solchen An-Ordnung dargestellt. Der ohmsche Widerstand der Spule L₁ wird als vernachlässigbar klein angenommen. Solange der Unterbrecher U geschlossen ist, wird die Spule L₁ überhaupt nicht wirksam, und es fließt in Z₁ derselbe Strom / wie go nach Abb. 1. Im Moment des Öffnens von U wird jedoch die Spule L₁ wirksam. Die Induktivität von L₁ verzögert nämlich den Stromfluß so lange, bis ihr Energiespeichervermögen von W_m = Li ²/₂ aufgefüllt ist, wobei sich ein Spannungsimpuls an den Klemmen von L₁ aufbaut. Mit der Größe der Induktivität von L₁ läßt sich die Spitzenspannung des Spannungsimpulses ändern.The invention is based on the knowledge that a voltage pulse can be generated in a direct current circuit by suddenly switching an inductance into the current. The basic circuit diagram of such an arrangement is shown in Fig. 2. The ohmic resistance of the coil L ₁ is assumed to be negligibly small. As long as the interrupter U is closed, the coil L ₁ is not effective at all, and the _{same current flows in Z 1} / as go according to Fig. 1. At the moment U opens, however, the coil L ₁ becomes effective. The inductor L ₁ delays namely the flow of current so long as it is filled to its energy storage capacity of W _m = Li ^_2/2, wherein a voltage pulse at the terminals of L ₁ is based. The peak voltage of the voltage pulse can be changed with the size of the inductance of L _1.

Zur Verwirklichung dieses Vorschlages wird eine Batteriezündanordnung für Brennkraftmaschinen gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß im Primärkreis der Zündspule die Arbeitswicklung eines Eisenkerns mit steiler Magnetisierungskurve liegt, der außerdem eine mit dem Unterbrecher und der Batterie in Reihe liegende Steuerwicklung von höherer Windungszahl trägt, wobei die beiden Wicklungen so bemessen und geschaltet sind, daß der durch die Arbeitswicklung bewirkte Magnetisierungszustand durch die Steuerwicklung eine über den Sättigungsknick verlaufende Änderung erfährt.A battery ignition arrangement for internal combustion engines is used to implement this proposal designed according to the invention in such a way that the primary circuit of the ignition coil Working winding of an iron core with a steep magnetization curve, which also has a the circuit breaker and the battery in series control winding with a higher number of turns carries, the two windings are dimensioned and connected so that the through the Working winding caused the magnetization state by the control winding via the saturation kink undergoes ongoing change.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Induktivität ein transduktorähnliches Glied in einer Anordnung verwendet, deren Prinzipschaltbild in Abb. 4 wiedergegeben ist. Die hier vorgesehene Induktivität besteht aus einem Kern mit zwei Wicklungen L₁ und L₂. Für den Kern wird zweckmäßig ein Sonderblech verwendet, das in seiner Magnetisierungskennlinie einen besonders ausgeprägten Sättigungsknick iao nach Abb. 3 aufweist, so daß der Übergang von den ungesättigten in den gesättigten Bereich (und umgekehrt) sehr plötzlich erfolgt. Die Wicklung L₁ (Arbeitswicklung) liegt in dem aus der Batterie B und der Primärwicklung Z₁ der Zündspule Z ge- las bildeten Stromkreis, in welchem der Strom I₁ According to a preferred embodiment of the invention, a transducer-like element is used as the inductance in an arrangement, the basic circuit diagram of which is shown in FIG. The inductance provided here consists of a core with two windings L ₁ and L ₂ . For the core, a special sheet is expediently used, which has a particularly pronounced saturation kink in its magnetization curve, as shown in Fig. 3, so that the transition from the unsaturated to the saturated area (and vice versa) takes place very suddenly. The winding L ₁ (working winding) lies in the circuit formed by the battery B and the primary winding Z _{1 of} the ignition coil Z, in which the current I ₁

dBdB

fließt. Die Wicklung L₂ (Steuerwicklung) liegt in dem aus der Batterie B und dem Unterbrecher U bestehenden Stromkreis, in welchem der Strom I₂ fließt. Die Arbeitsweise dieser Anordnung wird an Hand der Abb. 5 erläutert, welche die Magnetisierungskennlinie der Induktivität schematisch wiedergibt, wobei mit W₁ und W₂- die Windungszahlen der Wicklungen L₁ bzw. L₂ und mit / · w die gesamte Ampere-Windungszahl des Kerns bezeichnet ist.flows. The winding L ₂ (control winding) is in the circuit consisting of the battery B and the interrupter U , in which the current I ₂ flows. The mode of operation of this arrangement is explained with reference to Fig. 5, which shows the magnetization characteristic of the inductance schematically, with W ₁ and W ₂ - the number of turns of the windings L ₁ and L ₂ and with / · w the total number of ampere turns of the Kerns is designated.

Wenn die Arbeits wicklung L₁ von dem Strom I₁ durchflossen wird,, ergibt sich nach Abb. 5 eine negative Magnetisierung^ W₁, so daß der Arbeitspunkt auf der Kennlinie bei (r) liegt. If the working winding L _{1 is} traversed by the current I ₁ , there is a negative magnetization ^ W ₁ according to Fig. 5, so that the working point on the characteristic is (r).

Wenn bei geschlossenem Unterbrecher U auch in der Wicklung L₂ ein Strom (I₂) fließt, ergibt sich eine. Magnetisierung I₂ ■ w_z>. welche der Vormagnetisierung I₁W₁ entgegengesetzt und so groß ist, daß der Arbeitspunkt auf der Kennlinie sich in den positiven Sättigungsbereich bis (2) verschiebt. If a current (I ₂ ) also flows in winding L ₂ when the interrupter U is closed, this results in a. Magnetization I ₂ ■ w _z> . which is opposite to the premagnetization I ₁ W ₁ and so large that the operating point on the characteristic shifts into the positive saturation range up to (2).

Wird nun der Stromkreis der Steuerwicklung L₂ durch den Unterbrecher U geöffnet, so verschiebt sich der Arbeitspunkt von (2) auf der Kennlinie zurück nach (1), wobei er den steilen Teil der Kennlinie durchläuft, in welchem der Wert vonIf the circuit of the control winding L _{2 is opened} by the interrupter U , the operating point shifts from (2) on the characteristic back to (1), where it runs through the steep part of the characteristic in which the value of

sehr hoch ist und demgemäß an den Klemmenis very high and accordingly at the terminals

der Wicklung L₁ der gewünschte Spannungsimpuls auftritt.the winding L ₁ the desired voltage pulse occurs.

Bei dieser Anordnung ist also die an dem Unterbrecher U bei der Öffnung auftretende Schaltleistung verhältnismäßig gering, da der Strom I₂ durch entsprechende Vergrößerung der Windungszahl w₂ klein gehalten werden kann. Die beim Schließen des Unterbrechers U in dem Kreis der Steuerwicklung L₂ auftretende Leistung, die zum Magnetisieren des Kerns benötigt wird, ist andererseits auf die Lebensdauer der Unterbrecherkontakte nicht von erheblichem Einfluß.With this arrangement, the switching capacity occurring at the interrupter U when it is opened is relatively low, since the current I ₂ can be kept small by correspondingly increasing the number of turns w _2. On the other hand, the power which occurs in the circuit of the control winding L ₂ when the breaker U closes and which is required to magnetize the core does not have any significant influence on the service life of the breaker contacts.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann man die Zündspule Z mit der Steuerwicklung L₂ und der Arbeitswicklung L₁ auf einem gemeinsamen Kern anordnen. Abb. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser Art, bei welchem die Arbeitswicklung L₁ zugleich als Primärwicklung Z₁ dier Zündspule Z wirksam ist, die außerdem noch mit der Sekundärwicklung Z₂ versehen ist. Parallel zu der Arbeitswicklung L₁ = Z₁ ist außerdem ein Speicherkondensator C₁ von entsprechender Größe vorgesehen. Außerdem kann ein Ventil oder Gleichrichter G zwischen Batterie und Kondensator C₁ geschaltet werden, welcher verhindert, daß der aufgeladene Kondensator sich über die Batterie entlädt.According to a further embodiment of the invention, the ignition coil Z with the control winding L ₂ and the working winding L _{1 can be arranged} on a common core. Fig. 6 shows an embodiment of this type in which the working _{winding L 1} is also effective as the primary winding Z _{1 of the} ignition coil Z, which is also provided with the secondary winding Z ₂ . In addition, a storage capacitor C ₁ of a corresponding size is provided parallel to the working winding L ₁ = Z _1. In addition, a valve or rectifier G can be connected between the battery and capacitor C ₁ , which prevents the charged capacitor from discharging through the battery.

Durch die Erfindung wird also die gestellte Aufgabe in vorteilhafter Weise gelöst. Sie ermöglicht es insbesondere, je nach den vorliegenden Bedürfnissen die Leistung des Zündfunkens ohne übermäßige Belastung der Unterbrecherkontakte zu vergrößern bzw. die Lebensdauer der Unterbrecherkontakte zu, verlängern. Der erforderliche Aufwand ist dabei verhältnismäßig gering, während andererseits die Anordnung wegen ihrer Einfachheit und Robustheit der Forderung nach Wirtschaftlichkeit genügt, zumal sie keine zusätzlichen Spannungsquellen mit hoher Betriebsspannung benötigt, wie dies bei für ähnliche Zwecke vorgeschlagenen Röhrenschaltungen der Fall ist. Ein besonderer Vorteil der durch die Erfindung geschaffenen Anordnung liegt darin, daß der Jbei der bisher üblichen Batteriezündung benutzte Unterbrecher unverändert beibehalten werden kann.The object set is thus achieved in an advantageous manner by the invention. It enables it in particular, depending on the present needs, the power of the spark without To increase excessive load on the breaker contacts or the service life of the breaker contacts to extend. The effort required is relatively low while on the other hand the arrangement because of its simplicity and robustness the demand for economy is sufficient, especially since it does not require any additional voltage sources with high operating voltage, as is the case with tube circuits proposed for similar purposes. A A particular advantage of the arrangement created by the invention is that the Jbei hitherto customary battery ignition circuit breaker can be retained unchanged.

An Stelle eines mechanisch gesteuerten Unterbrechers kann auch ein Unterbrecher anderer Art, z. B. ein elektrolytischer Unterbrecher oder ein elektronischer Impulsgenerator, als Taktgeber verwendet werden.Instead of a mechanically controlled breaker, another type of breaker can be used, z. B. an electrolytic breaker or an electronic pulse generator, used as a clock will.

Wenn auch bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Steuerw'icklung L₂ und die Arbeits- wicklung L₁ der Induktivität durch ein und dieselbe Batterie B gespeist werden, so kann man doch für den Steuerkreis und den Arbeitskreis getrennte Stromquellen vorsehen, um, beispielsweise den Steuerkreis mit einer höheren Spannung zu speisen und dadurch die Magnetisierung.zu beschleunigen.Even if the control winding L ₂ and the working winding L _{1 of} the inductance are fed by one and the same battery B in the exemplary embodiments described, separate power sources can be provided for the control circuit and the working circuit in order to, for example, use the control circuit to feed a higher voltage and thereby accelerate the magnetization.

Claims

Patent claims:

1. Battery ignition arrangement for internal combustion engines, characterized in that the primary circuit of the ignition coil (Z) has the working winding (L ₁ ) of an iron core with a steep magnetization curve, which is also one with the interrupter (U) and the battery (B) in series Lying control _{winding (L 2} ) carries a higher number of turns, the two windings (L ₁ and L ₂ ) are dimensioned and connected so that the _{magnetization state caused by the working winding (L 1} ) through the control winding (L ₂ ) one over the xoc saturation kink undergoes progressive change.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the ignition coil (Z) the control _{winding (L 2} ) and the working winding (L ₁ ) are arranged on a common core 105th.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the working _{winding (L 1} ) is also effective as the primary winding (Z ₁ ) of the ignition coil (Z) and a storage capacitor (C ₁ ) is parallel to it.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that between the power source (B) and capacitor (C ₁ ) is a reverse discharge preventing valve (G) .

Considered publications:
Swiss Patent No. 188968;
German patents No. 893 129, 725 624, 178.

1 sheet of drawings