Zündvorrichtung mit drehzahlabhängiger Zündzeitverstellung für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung mit drehzahlabhängiger Zündzeitverstellung für Verbren nungsmotoren, mit einem Impulsübertrager, dessen Se kundärwicklung in einem die Funkenstrecke einer Zünd kerze enthaltenden Zündkreis liegt, wobei die Zündung durch einen Auslöseimpuls ausgelöst wird, der in der Primärwicklung des Impulsübertragers durch Öffnen von im Takt des Motors betätigten Unterbrecherkontakten erzeugt wird.
Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt die Zündzeitverstellung mechanisch mittels eines Fliehkraftreglers oder einer pneumatisch betätigten Membran. Diese Zündzeitverstellung ist ungenau und verändert sich zudem im Lauf der Zeit in hohem Masse. Rein elektronisch bewirkte Zündzeitverstellungen sind schon vorgeschlagen worden, für die Praxis aber viel zu kompliziert, teuer und fehleranfällig.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben. Die Zündvorrich tung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Spannungsquelle mit der genannten Primärwicklung, ein erster Tyristor, ein Kondensator und ein zweiter Thyristor in Serie geschaltet sind, und dass nach dem Öffnen der Unterbrecherkontakte zuerst der erste Thyris- tor und durch Entladung eines ersten während der Schliesszeit der Kontakte über einen Widerstand aufgela denen Kondensators leitend gemacht wird, und hierauf der zweite Thyristor durch Entladung eines zweiten,
während der Schliesszeit der Kontakte über eine Diode aufgeladenen Kondensators leitend gemacht wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, wobei der Einfach heit halber nur die Zündung eines einzigen Zylinders des Motors unter Weglassung des üblichen Zündverteilers gezeigt ist.
Die dargestellte Zündvorrichtung weist eine Batterie 1 von z.B. 12 Volt auf, die über einen Zündschalter 2 mit einem Gleichspannungswandler 3 verbunden ist, der einen Kondensator 4 auf z.B. 400 Volt auflädt. An den Kondensator 4 ist über einen Thyristor (Schaltdiode) 5 die Primärwicklung 6 eines Zündtransformators 7 ange ordnet, an dessen Sekundärwicklung 8 die Zündfunken strecke 9 einer Zündkerze angeschlossen ist.
Zwischen der Steuerelektrode 5 des Thyristors 5 und dessen Ka- thode K befindet sich die Sekundärwicklung 10 eines Impulsübertrags 11, zu welcher ein Widerstand 12 und eine Schutzdiode 13 parallel geschaltet sind. Die Primär wicklung 14 des Impulsübertragers 11 ist über dem Zünd- schalter 2 mit dem positiven Pol der- Batterie 1 verbun den, deren negativer Pol geerdet ist. Andererseits ist die Primärwicklung 14 mit der Anode A eines Thyristors 15 verbunden, dessen Kathode an einen Kondensator 16 an geschlossen ist.
Zwischen der anderen Seite des Konden- sators 16 und Erde ist ein weiterer Thyristor 17 vor gesehen.
Die Steuerelektrode S des Thyristors 15 ist über einen Widerstand 18 mit dessen Kathode K und über einen Widerstand 19 mit einem ruhenden Unterbrecherkontakt 20 verbunden, der mit einem beweglichen Unterbrecher kontakt 21 zusammenarbeitet. Der Unterbrecherkontakt 21 ist an einer Kontaktfeder 22 angebracht, die in einem geerdeten Halter 23 eingespannt und mit einem Nocken 24 versehen ist, der mit einem Unterbrechervierkant 25 zusammenarbeitet, welcher in üblicher Weise mit der halben Motordrehzahl angetrieben wird.
Der Unterbrecherkontakt 20 ist über einer Diode 26 und einem Widerstand 27 mit dem Teilungspunkt 28 eines aus einem Widerstand 29 und einer Zenerdiode 30 bestehenden Spannungsteiler 29, 30, der bei geschlosse nem Zündschalter 2 von der Batterie 1 gespeist wird. Im Teilungspunkt 28 herrscht gegenüber Erde eine durch die Zenerdiode 30 auf z.B. 8 Volt stabilisierte Spannung. An die die Diode 26 mit dem Widerstand 27 verbindende Leitung 31 ist eine Zenerdiode 32 angeschlossen, die andererseits mit der Steuerelektrode S des Thyristors 17 und über einen Heissleiterwiderstand 33 mit dessen geerdeter Kathode K verbunden ist.
Der Anoden-Katho- denstrecke A-K des Thyristors 17 ist eine Diode 34 antiparallel geschaltet.
Zwischen der Leitung 31 und Erde ist die Serieschal- tung eines Widerstandes 35 und eines Kondensators 36 angeordnet, deren Verbindungspunkt über einen Wider stand 37 mit der Basis eines Transistors 38 mit geerdetem Emitter verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 38 ist über einen Widerstand 39 und eine dazu parallel geschaltete Diode 40 mit der Leitung 31 verbunden und ferner an einen. andererseits geerdeten Kondensator 41 angeschlossen. Mit dem Unterbrecherkontakt 20 ist noch ein weiterer Kondensator 42 verbunden, der andererseits über einen Widerstand 43 mit Erde verbunden ist.
Die beschriebene Zündvorrichtung arbeitet wie folgt: Durch Schliessen des Zündschalters 2 wird der Gleichspannungswandler 3 in Betrieb gesetzt und somit der Kondensator 4 aufgeladen. Wenn nun durch die Primärwicklung 14 des Impulsübertragers 11 ein Impuls ( < (Auslöseimpuls ) fliessen kann - was auf später. näher erläuterte Weise bewirkt wird - so wird dadurch in bekannter Weise der Thyristor 5 gezündet und es fliesst durch denselben ein Zündimpuls, der über den Zünd- transformator 7 den Zündfunken in der Funkenstrecke 9 erzeugt.
Solange die Unterbrecherkontakte 20, 21 geschlossen sind ist die Leitung 31 über die Diode 26 und diese Kontakte 20, 21 geerdet. Wenn die Unterbrecherkontakte 20, 21 geöffnet werden, wird der Kondensator 42 in dem von der als stabilisierte Spannungsquelle dienenden Zen erdiode 30 aus im Stromzweig 27, 31, 26, 42. 43. Erde geladen. Zugleich wird auch der Kondensator 41 über die Diode 40 geladen. Die am Kondensator 42 auftretende positive Spannung wird über den Widerstand 19 der Steuerelektrode S des Thyristors 15 zugeführt, der letzte ren leitend macht. Trotzdem kann durch denselben aber kein Strom fliessen, und zwar weil der Thyristor 17 in diesem Zeitpunkt noch nicht leitend ist.
Erst wenn der Kondensator 41 z.B. auf etwa die Hälfte der von der Zenerdiode 30 gelieferten Spannung, also auf z.B. auf 4 Volt geladen worden ist, übersteigt die Spannung der Leitung 31 die Durchbruchspannung der Zenerdiode 32, so dass durch letztere und die Steuerelektroden-Katho- denstrecke S-K des Thyristors 17, sowie den dazu parallelen Heissleiterwiderstand fliessen kann, wodurch auch der Thyristor 17 leitend gemacht wird.
Der Heisslei- terwiderstand 33, dessen Widerstandswert bei Erwär mung abnimmt, hat den Zweck, eine kleine Abnahme der Durchbruchspannung der Zenerdiode 32 bei deren Er wärmung zu kompensieren.
Nachdem nun beide Thyristoren 15 und 17 leitend sind, fliesst nun der Auslöseimpuls im Stromkreis 1, 2, 14, 15, 16, 17;), Erde und löst den Zündimpuls. Der Zeitpunkt in welchem der Thyristor 17 leitend wird, ist nun von der Drehzahl des Motors, bzw. des Unterbre- chervierkants 25 abhängig, und zwar weil der Kondensa tor 41 im Zeitpunkt, in dem sich die Unterbrecherkon- takte 20, 21 öffnen, noch eine Restladung besitzt und diese Restladung von der dem Öffnen vorausgegangenen Schliesszeit der Kontakte abhängt, während welcher sich der Kondensator 41 über den Widerstand 39 und die Elemente 26, 21 bis 23, Erde entladen kann.
Je langsamer der Motor läuft, um so länger dauert die Entladung, um so kleiner ist also die Restspannung und um so länger dauert es bis der Kondensator 41 auf die erwähnte Spannung von z.B. 4 Volt geladen wird, bei welcher der Thyristor 17 leitend wird; das heisst in anderen Worten, dass die Zündung um so später stattfindet je langsamer der Motor läuft, wie dies erfahrungsgemäss der Fall sein muss.
Der Unterbrechervierkant 25 ist fest so eingestellt, dass die Kontakte 20, 21 sich bei einem mechanischen- Vorzündungswinkel öffnen, der mindestens so gross ist, wie der für die höchste Drehzahl erforderliche, grösste effektive Vorzündungswinkel. Der mechanische Vorzün- dungswinkel wird dann durch die beschriebene, auf elektrischem Wege erzeugte Zeitverzögerung zwischen dem Öffnen der Kontakte 20, 21 und dem Zündzeitpunkt zu dem effektiven in gewünschter Weise drehzahlabhän gigen Vorzündungswinkel korrigiert.
Die Vorzündungswinkelcharakteristik, d.h. die Kurve. welche die den erwünschten Vorzündungswinkels in Funktion der Drehzahl darstellt, ist natürlich von Motor zu Motor verschieden. Durch entsprechende Wahl der Wi derstände 43 und 39 kann man die beschriebene Zündvor richtung jeder praktisch gewünschten Vorzündungscha- rakteristik ausserordentlich genau anpassen, wobei dann diese Charakteristik ausserordentlich genau eingehalten wird, nämlich mit Abweichungen von höchstens etwa<B>10.</B> Eine derartige Genauigkeit ist bei den üblichen mechani schen Vorzündungsregelungen,
bei denen der Unterbre- chervierkant 25 durch einen Fliehkraftregler oder eine pneumatisch gesteuerte Membran verdreht wird, bei wei tem nicht erzielbar.
Die vorliegende Zündvorrichtung hat darüber noch den Vorzug, auch bei mechanischer Abnützung des Vierkants 25 und des Nockens 24, die zu einer Verkür zung bzw. Verlängerung der Schliesszeit der Öffnungszeit führte, richtig zu arbeiten, und zwar infolge einer durch die Elemente 35 bis 38 gebildeten Kompensationsvorrich tung. Wenn die Kontakte 20 und 21 sich öffnen bzw. schliessen so wird über den sehr hohen Widerstand 35 auch der Kondensator 36 aufgeladen bzw. entladen. wodurch sich das mittlere, wenig schwankende Potential der Basis des Transistors 38 entsprechend dem Verhält nis Öffnungszeit zu Schliesszeit verändert.
In der bisheri gen Beschreibung der Aufladung des Kondensators 41 ist nicht berücksichtigt worden, dass je nach dem Basispo tential des Transistors 38 auch über den Kollektoremit- terstromkreis des Transistors 38 ein kleiner Strom fliesst, der von der Basisvorspannung abhängt.
Wird die Öff nungszeit durch die erwähnte Abnützung relativ zur Schliesszeit kürzer, so wird dieser Strom noch etwas kleiner, was eine etwas schnellere Aufladung des Kon- densators 41 und damit eine frühere Zündung verursacht, was die abnützungsbedingte Verzögerung der Öffnung der Unterbrecherkontakte 20, 21 kompensiert. Durch Abgleichen der Widerstände 35 und 37 können Unge nauigkeiten vermieden werden, die sonst durch Änderun gen des öffnungs- zu Schliessverhältnisses hervorgerufen würden.
Zur Funktion der dargestellten Zündvorrichtung wird noch bemerkt, dass die Diode 34 vorgesehen ist, damit der Kondensator 16 sich während der Schliesszeit der Unterbrecherkontakte 20, 21 im Stromkreis Erde 34, 16, 18, 19, 26, 20 bis 23, Erde entladen kann, was zur Wiederholung des beschriebenen Arbeitszyklus notwen dig ist.
Der Anstieg des Auslöseimpulses, bzw. des Zündim- pulses erfolgt bei einer praktisch ausgeführten Schaltung äusserst rasch, nämlich in weniger als 5u sec. was einen sehr starken Zündfunken zur Folge hat.
Es sei ferner noch bemerkt, dass prinzipiell anstelle der mechanisch betätigten Unterbrecherkontakte 20 und 21 auch induktiv, kapazitiv oder photoelektrisch im Takt des Motors betätigte Unterbrecherkontakte vorgesehen sein könnte, obwohl dies zurzeit zu einer unnötigen Verteuerung der Zündvorrichtung führen dürfte.
Ignition device with speed-dependent ignition time adjustment for internal combustion engines The invention relates to an ignition device with speed-dependent ignition time adjustment for internal combustion engines, with a pulse transformer whose secondary winding is in an ignition circuit containing the spark gap of a spark plug, the ignition being triggered by a trigger pulse in the primary winding of the Pulse transmitter is generated by opening of the interrupter contacts operated in time with the motor.
In known devices of this type, the ignition timing is adjusted mechanically by means of a centrifugal governor or a pneumatically operated membrane. This ignition timing adjustment is imprecise and also changes to a great extent over time. Ignition timing adjustments that are effected purely electronically have already been proposed, but are far too complicated, expensive and error-prone for practical use.
The invention aims to remedy these disadvantages. The ignition device according to the invention is characterized in that a voltage source with said primary winding, a first thyristor, a capacitor and a second thyristor are connected in series, and that after opening the interrupter contacts first the first thyristor and by discharge a first during the closing time of the contacts charged via a resistor which capacitor is made conductive, and then the second thyristor by discharging a second,
is made conductive via a diode charged capacitor during the closing time of the contacts.
In the drawing, an embodiment of the subject invention is shown, for the sake of simplicity, only the ignition of a single cylinder of the engine is shown omitting the usual ignition distributor.
The illustrated ignition device comprises a battery 1 of e.g. 12 volts, which is connected via an ignition switch 2 to a DC voltage converter 3, which has a capacitor 4 on e.g. 400 volts charges. On the capacitor 4 is via a thyristor (switching diode) 5, the primary winding 6 of an ignition transformer 7 is arranged, on the secondary winding 8 of the spark gap 9 is connected to a spark plug.
The secondary winding 10 of a pulse transfer 11, to which a resistor 12 and a protective diode 13 are connected in parallel, is located between the control electrode 5 of the thyristor 5 and its cathode K. The primary winding 14 of the pulse transmitter 11 is connected via the ignition switch 2 to the positive pole of the battery 1, the negative pole of which is grounded. On the other hand, the primary winding 14 is connected to the anode A of a thyristor 15, the cathode of which is connected to a capacitor 16 at.
Another thyristor 17 is provided between the other side of the capacitor 16 and earth.
The control electrode S of the thyristor 15 is connected via a resistor 18 to its cathode K and via a resistor 19 to a resting breaker contact 20 which works with a movable breaker contact 21. The breaker contact 21 is attached to a contact spring 22 which is clamped in a grounded holder 23 and provided with a cam 24 which cooperates with a breaker square 25, which is driven in the usual way at half the engine speed.
The breaker contact 20 is via a diode 26 and a resistor 27 with the division point 28 of a voltage divider 29, 30 consisting of a resistor 29 and a Zener diode 30, which is fed from the battery 1 when the ignition switch 2 is closed. At the point of division 28 there is a connection to earth caused by the Zener diode 30 on e.g. 8 volts stabilized voltage. A Zener diode 32 is connected to the line 31 connecting the diode 26 to the resistor 27, the other side being connected to the control electrode S of the thyristor 17 and, via a hot conductor resistor 33, to its earthed cathode K.
A diode 34 is connected in antiparallel to the anode-cathode path A-K of the thyristor 17.
The series circuit of a resistor 35 and a capacitor 36 is arranged between the line 31 and earth, the connection point of which is connected via a resistor 37 to the base of a transistor 38 with a grounded emitter. The collector of the transistor 38 is connected to the line 31 via a resistor 39 and a diode 40 connected in parallel therewith and also to a. on the other hand, grounded capacitor 41 is connected. A further capacitor 42 is also connected to the interrupter contact 20, which is on the other hand connected to earth via a resistor 43.
The ignition device described works as follows: By closing the ignition switch 2, the DC voltage converter 3 is put into operation and the capacitor 4 is thus charged. If a pulse (<(trigger pulse) can now flow through the primary winding 14 of the pulse transformer 11 - which is effected in a manner which will be explained in more detail later - the thyristor 5 is triggered in a known manner and an ignition pulse flows through it, which via the Ignition transformer 7 generates the ignition spark in spark gap 9.
As long as the interrupter contacts 20, 21 are closed, the line 31 is grounded via the diode 26 and these contacts 20, 21. When the interrupter contacts 20, 21 are opened, the capacitor 42 is charged in the Zener diode 30, which is used as a stabilized voltage source, in the branch 27, 31, 26, 42nd 43rd earth. At the same time, the capacitor 41 is also charged via the diode 40. The positive voltage occurring across the capacitor 42 is fed through the resistor 19 of the control electrode S of the thyristor 15, which makes the last ren conductive. Nevertheless, no current can flow through the same, namely because the thyristor 17 is not yet conductive at this point in time.
Only when the capacitor 41 e.g. to about half the voltage supplied by the zener diode 30, i.e. to e.g. has been charged to 4 volts, the voltage of the line 31 exceeds the breakdown voltage of the Zener diode 32, so that the latter and the control electrode-cathode path SK of the thyristor 17, as well as the parallel hot conductor resistor can flow, whereby the thyristor 17 is also made conductive becomes.
The hot conductor resistor 33, the resistance value of which decreases when heated, has the purpose of compensating for a small decrease in the breakdown voltage of the Zener diode 32 when it is heated.
Now that both thyristors 15 and 17 are conductive, the trigger pulse now flows in circuit 1, 2, 14, 15, 16, 17;), earth and triggers the ignition pulse. The point in time at which the thyristor 17 becomes conductive is now dependent on the speed of the motor or the interrupter square 25, namely because the capacitor 41 is still open at the point in time at which the interrupter contacts 20, 21 open has a residual charge and this residual charge depends on the closing time of the contacts preceding the opening, during which the capacitor 41 can discharge via the resistor 39 and the elements 26, 21 to 23, earth.
The slower the motor runs, the longer the discharge lasts, the smaller the residual voltage and the longer it takes for the capacitor 41 to reach the mentioned voltage of e.g. 4 volts is charged, at which the thyristor 17 becomes conductive; In other words, this means that the slower the engine runs, the later the ignition takes place, as experience shows that this must be the case.
The interrupter square 25 is firmly set so that the contacts 20, 21 open at a mechanical pre-ignition angle which is at least as large as the largest effective pre-ignition angle required for the highest speed. The mechanical pre-ignition angle is then corrected by the described, electrically generated time delay between the opening of the contacts 20, 21 and the ignition time to the effective, speed-dependent pre-ignition angle.
The pre-ignition angle characteristic, i.e. the curve. which represents the desired pre-ignition angle as a function of the engine speed is of course different from engine to engine. By appropriate choice of the resistors 43 and 39, the described ignition device can be adapted extremely precisely to any practically desired pre-ignition characteristic, this characteristic then being adhered to extremely precisely, namely with deviations of at most about 10 Such accuracy is with the usual mechanical pre-ignition controls,
in which the square interrupter 25 is rotated by a centrifugal governor or a pneumatically controlled membrane, not achievable with far.
The present ignition device also has the advantage of working properly even with mechanical wear of the square 25 and the cam 24, which led to a shortening or lengthening of the closing time of the opening time, namely as a result of a formed by the elements 35 to 38 Compensation device. When the contacts 20 and 21 open or close, the capacitor 36 is also charged or discharged via the very high resistance 35. whereby the mean, little fluctuating potential of the base of the transistor 38 changes according to the ratio opening time to closing time.
In the previous description of the charging of the capacitor 41 it has not been taken into account that, depending on the base potential of the transistor 38, a small current also flows via the collector-emitter circuit of the transistor 38, which current depends on the base bias.
If the opening time is shorter relative to the closing time due to the wear mentioned, this current becomes even smaller, which causes a somewhat faster charging of the capacitor 41 and thus an earlier ignition, which compensates for the wear-related delay in the opening of the breaker contacts 20, 21 . By balancing the resistors 35 and 37, inaccuracies can be avoided that would otherwise be caused by changes in the opening to closing ratio.
Regarding the function of the illustrated ignition device, it is also noted that the diode 34 is provided so that the capacitor 16 can discharge during the closing time of the interrupter contacts 20, 21 in the circuit earth 34, 16, 18, 19, 26, 20 to 23, earth, what is neces sary to repeat the work cycle described.
The increase in the trigger pulse or the ignition pulse occurs extremely quickly in a practically executed circuit, namely in less than 5u seconds, which results in a very strong ignition spark.
It should also be noted that, in principle, instead of the mechanically operated breaker contacts 20 and 21, breaker contacts operated inductively, capacitively or photoelectrically in sync with the engine could be provided, although this may currently lead to an unnecessary increase in the cost of the ignition device.