DE1639118C3 - Zündsystem für Verbrennungsmotoren - Google Patents
Zündsystem für VerbrennungsmotorenInfo
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Description
Aus der USA.-Patentschrift 3 277 875 ist ein Zündsystem für Verbrennungsmotoren mit einer
Funkenzündeinrichtung und einer Einrichtung zum drehzahlabhängigen Verstellen des Zündzeitpunktes
durch rein elektrische Mittel bekannt. Zur Erzeugung der Zündimpulse dient dabei eine Induktionseinrichtung,
die eine drehfest eingebaute Spulenanordnung sowie eine Magnetkreisanordnung umfaßt, von der ein
Teil an einem von dem Motor getriebenen umlaufenden Teil montiert ist. Bei jedem Umlauf des besagten
Teils der Magnetkreisanordnung gibt die Induktionseinrichtung einen Zündimpuls ab, der mit steigender
Drehzahl großer wird und infolge einer abgeschrägten Ausbildung der Polflächen des in der Spulenanord-
nung vorgesehenen Kerns immer früher beginnt.
Aus der französischen Patentschrift 1 3o9469 ist
es ferner bekannt, einen Ladungsspeicher mittels einer mit dem Motor gekoppelten Indukfionseinrichtung
aufzuladen und mit Hilfe einer zweiten Magnetanordnung einen Schaltimpuls zu erzeugen, der den
Ladungsspeicher zur Entladung über einen eine Funkenzündeinrichtung enthaltenden Entladekreis zu
triggern.
Ferner ist es aus der schweizerischen Patentschrift 177 354 bekannt, eine Umschaltung des Zündzeitpunktes
durch manuelle Einschaltung eines zweiten Satzes Mm Unterbrecherkontakten mittels eines
Sehalthebels willkürlich vorzunehmen.
Aus der deutschen Patentschrift 321437 ist eine
^o mechanische Zundregelung bekannt, bei der bei steigender
Moiordrchzahl eine Nockenscheibe derart vorschoben wird, daß der Zündwinkel entsprechend
verstellt wird.
Aus der USA.-Patentschrift 3 358 665 und ähnlich
aus der japanischen Patentveröffentlichung 14 321/ 19(ö sind ferner Zündeinrichtungen bekannt, bei denen
die Impulse zweier getrennter Wicklungen miteinander kombiniert werden und der so erzeugte
gemeinsame Impuls infolge seiner bei steigender Molordrehzahl sich ändernden Impulsform eine allmähliche
Vorverlegung des Zündzeitpunkts bewirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische
Z.weipunkt-Zundung mit rein elektrischen Mitteln durch eine nioglichs* einfache Schaltung zu
schalten.
I.ine soli he Zwcipunkt Zündung ist insbesondere
bei von Hand gestarteten Motoren, beispielsweise fur
daiiengcr.ite. Schneepflüge, Bootsmotoren u.dgl..
von Nutzen, wo es darauf ankommt, daß der Zund-
6a funke bei den ersten Molorumdrehungen während des
Starts nicht zu früh auftritt und etwa zu einem für die Bedienungsperson gefährlichen »Zurückschlagen··
der Kurbelwelle führt. Nach dem Stauen und Erreichen der Nenndrehzahl soll dann der für opli-
S5 male l.cistungscntfaltung vorverlegte Zündfunke erzeugt
werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Zündsystem nacli
dem Patentanspruch 1 gelöst. Danach werden von der
-ieiden vorhandenen Induktionseinrichtungen zwei
Schaltimpulse nacheinander erzeugt, die auf Grund jer bei steigender Drehzahl höheren Magnetflußänderung
zunehmen. Bei einer entsprechend unterschiedlichen Ausbildung der Induktionseinrichtungen
kann erreicht werden, daß der zweite Impuls immer größer ist als der erste. Wird nun ein Schwellenwert
für die Triggerung des Schalterelements entsprechend der gewünschten Drehzahlschwelle gewählt, so überschreitet
in einem unteren Drehzahlbereich nur der zweite größere Impuls den Sehwellenwert, wahrend
bei steigender Drehzahl und der damit verbundenen Zunahme der Amplitude beider Impulse oberhalb der
Drehzahlschwelle auch der erste Impuls die Schwelle überschreitet und damit wirksam wird.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausfiihrungsbeispiele an Hand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zündsystems
in schcmatischer Darstellung,
Fig. 2 einen Teil des Systems nach Fig. 1 gemäß
einer abgewandelten Ausführungsform,
Fig. 3 einen Teil des Systems nach Fig. 1 gemäß
einer weiteren Variante,
F i g. 4 bis 8 die gegenseitige Stellung von Schwungrad, Magneten und Wicklungen, die Bestandteile der
Anlage nach Fig. 1 bilden, in aufeinanderfolgenden Betriebsphasen in schematischer Darstellung.
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zündsystems in schematischer Teildarstellung,
Fig. 10a, 10b, 10c, 1Od idealisierte Impulsdiagramme
an verschiedenen Teilen des Systems nach Fig. 1 während einzelner Bewegungsintervalle der
Magnete, und
Fig. 11a, lib, lic, lld idealisierte Impulsdiagramme
ahnlich Fig. 10 zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Systems nach Fig. 1J.
Das System nach Fig. 1 ist zur Verwendung bei
einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine bestimmt, bei der es sich um einen üblichen Vergasermotor handeln
kann. Zum Zwecke einer besseren Darstellung sei angenommen, daß es sich um einen Viertaktmotor
mit einem Zylinder handelt, welcher mit einer zugeordneten Zündkerze zur Zündung des brennbaren
Kraftstoffgemisches in dem Zylinder versehen ist. Wie bei Zündanlagen üblich, kann die Zündkerze zur Erzeugung
einer ausreichenden Zündspannung mit einer Zündspule verbunden sein. Im vorliegenden Fall ist
hierfür ein Aufwärtstransformator 10 mit einer Primärwicklung 12 und einer Sekundärwicklung 14 vorgesehen,
welcher einer Zündkerze 16 zugeordnet ist. In der Primärwicklung des Transformators fließender
Strom induziert eine Hochspannung in der Sekundärwicklung, welche zur Zündung der Zündkerze ausreicht,
deren einer Anschluß elektrisch gemaßt ist und deren anderer an dem heißen Ende der Sekundärwicklung
14 liegt.
Die zur Zündung der Zündkerze \erwendeten Spannungsimpulsc werden durch einen Magnetinduktionsgcnerator
20 erzeugt, welcher ein einen magnetischen Fluß erzeugendes Bauelement an einem
Rotor und eine Wicklung an einem Stator aufweist. Der Generator umfaßt insbesondere einen Rotor 22
mit einem Paar Permanentmagnete 24. 26 (Nord- und Südpole sind daran angegeben) und ein Maschinenschwungrad
28 mit einer zylindrischen Innenfläche 28«, an der die Magnete 24, 26 angebracht sind. Der
Magnet 26 ist so angeordnet, daß er an den freiliegenPolflächen die umgekehrte Magnetfluß-Polarität
erzeugt. Das Schwungrad ist auf einer Kurbelwelle 30 (Fig. 4) verriegelt und dient vorzugsweise zur Lagerung
der Magnete, weil es einen verhältnismäßig lan-
gen Umlaufweg für die Magnete und eine hohe Geschwindigkeit der den Fluß erzeugenden Magnete zur
Induzierung der gewünschten Spannungimpulse in Wicklungsanordnungen ermöglicht, welche an undrehbaren
Baueletnenten längb des Weges der Magnete angeordnet sind. Es können auch andere Teile
der Maschine zur Lagerung der den Fluß erzeugenden Magnete verwendet werden, sofern dies gewünscht
wird. Die richtige Zeitsteuerung zur Zündung des Kraftstoffgemisches in einem Maschinenzylinder wird
geregelt, indem das Schwungrad synchron mit der Kurbelwelle rotiert, was die richtige Beziehung zwischen
dem die Kolben treibenden rotierenden System und dem Auftreten jedes zum Zünden der Zündanlage
gelieferten Impulses ergibt.
ίο Gemäß Fig. 1 dreht sich die aus dem Schwungrad
und dem Magneten bestehende Anordnung dicht neben einer Statorwicklungsanordnung 32, welche gegenüber
dem Schwungrad an dem Maschinengestell ortsfest gelagert ist. Die Statorwicklungsanordnung 32
a5 kann ein allgemein E-förmiges, nahe der Innenfläche
28a des Schwungrades angeordnetes Statorglied 33 umfassen, dessen Schenkel in dichte Nähe zu dem
Umlaufweg der Magnete vorragen, so daß sie diesen bei jeder Umdrehung des Schwungrades nahe kommen
und dabei einen Magnetkreis schließen. Der Abstand der Schenkel des E-förmigen Stators entspricht
grundsätzlich dem Abstand zwischen den Magneten 24, 26 an dem Schwungrad.
Eine erste Ausgangswicklung 34 des Magnetinduktionsgenerators ist auf den zentralen Schenkel des
E-förmigen Statorgliedes gewickelt. Die Ausführung des Statorgliedes aus einem Stück und mit einer allgemeinen
Ε-Form crgibt.Ssich wahlweise durch entsprechende Auslegung. Wenn das Schwungrad und der
Magnet um die Achse der Kurbelwelle der Maschine rotieren, wird ein magnetischer Wechselfluß in dem
Statorglied induziert, was zum Aufbau und Abbau von Kraftlinien in der ersten Ausgangswicklung 34 nebst
darin erfolgender Erzeugung einer induzierten Spannung führt. Spannungen von abwechselnd entgegengesetzter
Polung sowie in unmittelbarer Aufeinanderfolge werden in der ersten Ausgangswicklung 34
einmal bei jeder vollständigen Umdrehung des Schwungrades induziert, was einer Drehung des
Schwungrades auf der Kurbelwelle um 360° entspricht.
Die Spannungsimpulse der ersten Ausgangswicklung
werden gleichgerichtet, um in einem Kondensator 40 oder einem anderen geeigneten Speicher bei
dessen Aufladung Spannungsimpulse einer bestimmten Poking zu speichern. Zur Erzielung der Gleichrichtung
ist hierbei ein Ende der Ausgangswicklung geinaßt und das andere Ende mit der Anode einer
Diode 42 verbunden, deren Kathode an dem Kondensalor
40 liegt. Die positi\ en Spannungsimpulse andern Kondensator 40 werden durch die Diode 42 an einer
F.ntladunggehinderi, um die Ladung an dem Kondensator bis /u einem bestimmten Zeitpunkt aufrecht zu
erhalten, an dem der Kondensator durch die Zündcinrichtung
entladen wird. Die an der ersten Ausgangswicklung 34 durch die Magnete erzeugten negativen
Impulse werden (lurch die Diode 42 davon abgehalten,
eine Spannung an dem Kondensator 40 aufzu-
bauen und werden in einer an der Wicklung 34 liegenden
Schaltung absorbiert. Diese letztere Schaltung umfaßt eine Diode 44. deren Kathode zwischen der
Ausgangswicklung und der Diode 42 liegt, und einen Widerstand 46, welcher die Anode der Diode 44 mit
Masse verbindet. Der Kondensator 40 wird durch positive Impulse der Wicklung über die Diode 42 aufgeladen,
sofern nicht ein Kurzschlußschalter 50 geschlossen wird, welcher die normalerweise aufgeladene
Seite des Kondensators mit Masse verbindet, so daß beide Seiten des Kondensators gemaßt sind und
keine Ladung möglich ist.
Der Speicherkondensator 40 liegt elektrisch an der Primärwicklung 12 des Aufwärtstransformators 10
über einen gesteuerten Schalter 52 zur Erzeugung eines Zündimpulses fiir die Zündkerze 16. Im vorliegenden
Fall umfaßt der Schalter 52 vorzugsweise einen gesteuerten Siliziumgleichrichter bzw. Thyristor,
dessen A.-x?e an dem heißen Ende des Kondensators
40 und dessen Kathode mit der Primärwicklung 12 verbunden ist. Eine Steuerelektrode 52a spricht auf
ein Steuersignal zur Zündung des Thyristors an, welcher alsdann wie ein geschlossener Schalter wirkt und
einen Stromkreis zwischen dem Kondensator sowie dem Transformator schließt, so daß Strom von :,cni
geladenen Kondensator zu dom Transformator fließt, um die Zündkerze in üblicher Weise zu zünden.
Das Steuersignal fur der Thyristor 52 wird durch einen Trigger- oder Taslinduktionsgenerator 54 erzeugt und liegt als positives Potential zwischen der
ZiiCucrelektrode sowie der Kathode des Thyii-tors 50.
Ein einen Magnetfluß erzeugendes Bauelement zur Tastung des Tastinduktionsgcnerators 54 umfaßt
ebenfalls die Magnete 24. 26 an dem Schwungrad. Im vorliegenden Fall werden die Magnete in dichter
Nahe zu einer zweiten und dritten Wicklung 56 bzw. 58 gedreht, welche auf einem gemeinsamen Kernstatorglied
60 angebracht sind, das mit den Magneten einen geschlossenen Magnetkreis bildet und an dem
Maschinengestell durch geeignete Bauelemente lungs des Laufweges der Magnete befestigt sein kann. Wenn
das Schwungrad die Magnete dreht, steigt jeweils zuerst der Magnetfluß durch den Kern 60 und nimmt
danach ab, was eine induzierte Spannung in jeder der Wicklungen 56. 58 des Kerns 60 erzeugt. Gemäß
F i g. 1 sind die Wicklungen 56, 58 gegensinnig ausgelegt, so daß bei Induz.icrung eines positiven Impulses
oder Steuersignals in einer der Wicklungen ein negativer Impuls oder ein negatives Steuersignal in der anderen
Wicklung induziert wird. Ein Ende 56α, 58α der Wicklungen 56 bzw. 58 lieg! an einem gemeinsamen
Anschluß, welcher mit der Steuerelektrode 52a des Thyristors 52 verbunden ist. Die anderen Enden
56h, 58b der Wicklung 56 bzw. 58 liegen über besondere Gleichrichter an der Kathode des Thyristors 52,
um während abwechselnd aufeinanderfolgender Intervalle ein Steuersignal gleicher Polung zwischen der
Steuerelektrode und der Kathode zu erzeugen, wenn die Magnete an dem Kernglied 60 vorbeilaufcn. Das
Ende 56b der Wicklung 56 ist mit der Kathode einer "Diode 62 verbunden, deren Anode an der Kathode
des Thyristors 52 liegt; das Ende 58b der Wicklung 58 liegt an der Kathode einer Diode 64. Die Anode
der Diode 64 ist mit der Anode einer Zencrdiode 66 verbunden, deren Kathode an der Kathode des Thyristors
52 liegt.
Die zweite und dritte Wicklung 56 bzw. 58 und deren zugeordnete Stromkreise, welche mit der Steuerelektrode
des Thyristors 52 verbunden sind, bewirken das Auftreten eines Zündfunkens an der Zündeinrichtung
in unterschiedlichen Intervallen gemäß der Maschinendrehzahl. Die dritte Wicklung 58 und deren
Stromkreis ergibt eine Zeitsteuerung zur Regulierung der Zeit, in welcher das Schaltelement eine Verbindung
des Kondensators mit der Zündeinrichtung bewirkt, wobei insbesondere ein Frühzündfunken zur
Zündung der Zündkerze bei Maschinendrehzahlen
ίο oberhalb eines bestimmten Wertes erzeugt wird. Das
Bauelement zur Regulierung der wechselnden Betätigung der Schalterelemente durch das Steuersignal der
Wicklung 56 oder das Steuersignal der Wicklung 58 gemäß der Maschinendrehzahl stellt die in dem
Stromkreis der Wicklung 58 liegende Zcnerdiode dar. Diese begrenzt das Steuersignal der Wicklung 58 der
art. daß diese den Thyristor 52 nicht zu zünden vermag, bis die Maschine eine bestimmte Drehzahl erreicht
hat, wie dies nachfolgend noch näher erläutert ist. Die Mittel zur Regulierung der wechselnden Betätigung
des Schalteielementes durch das SteuetMgnal
der Wicklung 56 oder der Wicklung 58 ergeben sich durch Auslegung dei Wicklung 56 mit mehr Windungen
als die Wicklung 58. so daß die Maschine eine
■J5 bestimmte Drehzahl erreichen muß. bevor das Steuersignal
der Wicklung 58 einen ausreichenden Wert besitzt, um eine Zündung des Thyristors 52.herbeizuführen.
Bei dieser letzteren Anordnung konnte die Zencrdiode 66 weggelassen werden, jedoch ist diese
zum Zwecke eines optimalen ArbeiJcns bzw. zur Schaffung einer definierten Drehzahl, bei welcher eine
Frühzündung auftritt, bevorzugt vorgesehen.
Wenn die Zündanlage nach Fig. 1 mit niedriger
Maschinendrehzahl arbeitet, erreichen die an dem Schwungrad angebrachten Permanentmagnete (das
Schwungrad soll sich gemäß Fig. 1 in Uhrzeigerrichtung
drehen) die Wicklungsanordnung 32. wenn der Kolben sich einer Stelle nähert, an welcher die zugeordnete
Zündkerze zu zünden ist. Wenn die vorlaufcnde Kante des einen Magnetfluß einer Polarität erzeugenden
Magneten 24 sich von dem Punkt T, zu dem Punkt T1 wahrend des Zeitintervall«» A nach
Fig 1 bewegt, wird eine negative Spannung in der
ersten Ausgangswicklung 34 indu/.icrt. Der in der
Ausgangswicklung 34 induzierte negative Impuls wird durch die Diode 42 daran gehindert, der, Kondensator
40 aufzuladen.
Wenn die vorlaufende Kante des Magneten 24 sich von dem Punkt T1 nach Fig. 1 zu dem Punkt 7\ nach
Fig. 4 bewegt hat (siehe das Intervall ß in Fig. 4).
tritt eine Flußumkehr in der Ausgangswicklung 34 auf.
so daß eine maximale positive Spannung in der Ausgangswicklung
induziert wird. Eine positive Spannung wird in der Wicklung induziert, wenn deren Ende 34a
gcgcnubei dem Ende 34b positiv ist. In diesem Fall kann ein. positiver Strom von der Wicklung durch die
Diode 42 zu dem Kondensator 40 fließen, um diesen aufzuladen, jedoch nicht durch das Schaltelement
52, da dieses in wirksamer Weise geöffnet ist und kcineu Strom leitet.
Die Impulsdiagrammc nach Fig. 10a bis 1Od zeigen
die auftretende Spannung bei der Bewegung des Magneten 24 zwischen den Punkten Tr und T1 bzw.
T, und T2 bzw. T2 und T, bzw T, und T4 bzw. T,
und T1 bzw. T, und T„. was Intervallen A, ß, C, D,
E bzw. F in Fig. 1. 4, 5, 6, 7 bzw. 8 entspricht. Die
gezeigten WcUcnformcn sind idealisiert dargestellt, um den grundsätzlichen Effekt der betrachteten
Spannungen zu zeigen. Insbesondere zeig! die durchgezogene
Kurve V, nach Fig. 10a die Spannung an dem Ladekondensator 40. welche in Fig. 1 mit K1
bezeichnet ist. Die durchgezogene Kurve V, nach I7ig. 10 b zeigt die Spannung an der Wicklung 56 gemäß
der angegebenen Spannung V, in Fig. 1. In
Fig. 10 c stellt die durchgezogene Kurve V, dieSpnnnungander
Wicklung 58 gemäß der in Fig. 1 angegebenen Spannung V3 dar. Die gestrichelte Linie über
dem Nullspannungspegel nach Fig. KIc zeigt die
Spannung an, welche an der Wicklung 58 induziert herden muß, bevor die Zenerdiode 66 stromdurchläs-Sig
wird, um einen positiven Stromfluß von der Wicklung 58 zu der Steuerelektrode 52a zu ermöglichen.
In Fig. 1Od stellt die durchgezogene Kurve V4 die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode
des Thyristors 52 gemäß der in Fig. 1 veranschaulichten
Spannung V4 dar. Die gestrichelte Linie oberhalb des Nullspannungspegels in Fig. 1Od zeigt
die zwischen der Steuerelektrode und der Kathode zu erreichende Spannung an, bevor der Thyristor gezündet
wird, um den geladenen Kondensator mit der Zündeinrichtung zu verbinden. Die durchgezogenen
Kurven V1 bis V4 gemäß Fig. K)a bis 1Od stellen
die aufeinanderfolgenden Spannungen dar, welche an den entsprechend bezeichneten Punkten der Schaltung
nach Fig. 1 bei niedriger Maschinendrehzahl auftreten. Gestrichelt gezeichnete Kurven V1, V1.
V1, V\ stellen aufeinanderfolgende Spannungen dar,
welche an entsprechenden Punkten V1 bis V4 nach
Fig. 1 bei hohen Maschinendrchzahlen auftreten.
Wenn sich die Magnete auf dem Schwungrad bei niedrigen Maschinendrehzahlen in dem Intervall B
von der Stellung nach Fig 1 zu derjenigen nach Fig. 4bewegen,bewirkt die in der Ausgangswicklung
34 induzierte positive Spannung einen Stromfluß zu dem Kondensator 40, wobei dieser wahrend des Intervalls
R auf eine Spannung entsprechend der Kurve V1 nach Fig. 10a aufgeladen wird.
Während des Intervalls C bewegen sich die Permanentmagnete auf dem Schwungrad von Stellung gemäß
Fig. 4 in die Stellung gemäß Fig. 5, wo die Magnete sich den Wicklungen 56, 58 annähern. Wenn
die Magnete aus der Stellung nach Fi g. 5 in die Stellung
nach F ig. 6bewegt werden, was dem Intervall D
entspricht, werden eine negative Spannung an der Wicklung 56 und eine positive Spannung an der Wicklung
58 induziert, wobei der Magnet 24 in den Wicklungen einen Magnetfluß einer Polarität erzeugt. Die
Wicklungen 56, 58 sind gegensinnig auf das gemeinsame Statorglied gewickelt, so daß bei Induzierung
eines positiven Impulses in einer Wicklung ein Impuls entgegengesetzter Polung in der anderen Wicklung
induziert wird. Während des Intervalls D wird in der Wicklung 56 eine negative Spannung gemäß der
durchgezogenen Kurve V2 in Fi^>. 10b induziert.
Gleichzeitig wird in der Wicklung 58 eine positive , Spannung gemäß der durchgezogenen Kurve V3 nach
Fig. 10 c induziert. Die in der Wicklung 56 induzierte
negative Spannung wird an der Verursachung eines Stromflusses in ihrem Stromkreis durch die Diode 62
gehindert. Die Zenerdiode 66 in dem Stromkreis der Wicklung 58 sperrt einen Strom, bis eine bestimmte
Spannung in dieser Wicklung induziert wird. Da die in der Wicklung 58 während des Intervalls D induzierte
Spannung gemäß der Kurve V1 das bestimmte
Spannungspotential, das erforderlich ist, damit durch die Zenerdiode Strom fließt, nicht überschreitet, liegt
■■viihrend dieses Intervalls kein Spannungspotenlial \on der Wicklung 58 zwischen der Steuerelektrode
52a und der Kathode des Gleichrichters 52, wie dies in Fig. 1Od angegeben ist.
Wenn sich die Magnete auf dem Schwungrad 28 von der Stellung nach Fig. (S in diejenige nach Fig. 7
entsprechend dem Intervall E bewegen, tritt eine Flußumkehr in den Wicklungen 56, 58 auf, wobei im
Ergebnis eine positive Spannung in der Wicklung 56
ίο und eine negative Spannung in der Wicklung 58 induziert
werden, wie dies den Kurven V2. V, während des Intervalles E gemäß Fig. 10b, 10c entspricht.
Die an der Wicklung 58 induzierte negative Spannung wird durch die Diode 64 daran gehindert, einen
Stromfluß in ihrem Stromkreis zu erzeugen. Die in der Wicklung 56 induzierte positive Spannung (das
Ende 56a ist positiv gegenüber dem entgegengesetzten Wicklungsende) bewirkt jedoch einen Stromfluß
durch die Diode 62, wobei die Steuerelektrode gegen-
jo über der Kathode des Thyristors 52 positiv gehalten
wird.
In diesem Fall liegt die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors
oberhalb der Zündspannung des Thyristors, wie sich aus der Kurve V1 während des Intervalls E
(Fig. lOd) ergibt, so daß der Thyristor eingeschaltet
wird, und den Kondensator mit dem Transformator 10 verbindet. Zu dieser Zeit entlädt sich der geladene
Kondensator 40 plötzlich, was einen Stromfluß durch den Thyristor in der Primärwicklung des Transformators
ergibt und einen Hochspariinungsimpuls in der Sekundärwicklung des Transformators zwecks Zündung
der Zündkerzen 16 auslöst.
Während des Intervalls F werden die Magnete aus
der Stellung nach Fig. 7 in diejenige nach Fig. 8 bewegt.
Hierbei werden geringe Spannungen entgegengesetzter Polung entsprechend, denjenigen in dem Intervall
D in den Wicklungen J56, 58 induziert, jedoch haben diese Spannungen keine Wirkung auf den Betrieb
der Anlage, da der Kondensator zur Zündung der Zündkerze entladen ist. Das Schwungrad mit den
zugeordneten Magneten dreht sich danach wiederum ir. eine Stellung gemäß Fig. 1, worauf sich der angegebene
Zyklus wiederholt.
Die Wirkungsweise der Anlage für schnelle Maschinendrehzahlen ist ähnlich derjenigen bei langsamen
Drehzahlen. Bei hohen Maschinendrehzahlen ist es günstig, einen Frühzündfunken zur Zündung der
Zündkerze beim Verdichtungshub des Kolbens vor dem Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbenhubes
zu erzeugen. Bei niedriger Drehzahl erfolgt eine Zündung während des Intervalls E, und die in dei
Wicklung 58 während des vorangehenden Inter vails D erzeugte Spannung reicht nicht aus, um da;
Schalterelement zur Zündung der Zündkerze zu betätigen. Bei hoher Maschinendrehzahl dreht sich da;
Schwungrad indessen schneller, so daß die zeitlich« Änderung der Flußlinien der Magnete durch di<
Wicklungen 56,58 größer ist und höhere Spannungei in den Wicklungen erzeugt werden. Bei hoher Ma
schinendrehzahl ist die während des Intervalls D nacl Fi g. 6 in der Wicklung 58 erzeugte Spannung größe
und liegt oberhalb der Druchbruchspannung der Ze ncrdiode 66, wie dies in Fig. 10c durch den Spar
nungsverlauf V1 im Intervall D gezeigt ist. Diese i
der Wicklung 58 erzeugte gesteigerte Spannung reich aus, um das notwendige positive Potential an de
Steuerelektrode 52a des Thyristors 52 aufzubaue
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und diesen zu zünden, wie dies in F i g. 1Od durch den
Spannungsverlauf V4 im Intervall D gezeigt ist, so
daß der Kondensator 40 sich über den Gleichrichter und die Primärwicklung des Transformators zwecks
Zündung der Zündkerze während des Intervalls D entladen kann. Die gesteigerten, in den Wicklungen
induzierten Spannungen ergeben sich aus Fig. 10b und 10c gemäß den gestrichelten Kurven V1 und V\
während des Intervalls D, während die am Kondensator und zwischen Steuerelektrode und Kathode des
Gleichrichters 52 liegenden erhöhten Spannungen in den F ig. 10 a bzw. 1Od durch die gestrichelten Kurven
Vx bzw. V\ dargestellt sind. Beim Betrieb mit hoher
Drehzahl reichen die wahrend der Intervalle E1 F in
den Wicklungen 56, 58 induzierten Spannungen nach erfolgter Betätigung des Thyristors während des Intervalls
D auch aus, um diesen zu betätigen, jedoch hat dies, da der Kondensator bereits vorangehend
entladen wurde, keinen Einfluß auf die Zündeinrichtung.
Gemäß der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 2 stellt der Tastinduktionsgenerator zur Zündung
des Thyristors 52 eine vereinfachte Ausführunssform dar, wobei lediglich eine Tastwicklung vorgesehen
ist. Diese Ausführungsform kann bei Maschinen verwendet werden, welche ohne Früh- und
Spätzündung in geeigneter Weise betrieben werden können, wobei die Anlage unter dem Gesichtspunkt
einer robusten Ausbildung und Verwendung weniger Teile ausgelegt ist, um ein wenig aufwendiges System
sowie einen leichten Zusammenbau desselben zu erzielen. Die Ausführungsform nach Fig. 2 kann anstelle
des in dem gestrichelten Kasten 54 nach Fig. 1 zusammengefaßten Teiles der Anlage angeordnet
werden. Der Tastinduktionsgenerator nach Fig. 2 umfaßt einen Statorkern 100 mit einer darauf befindlichen
Wicklung 102. Eine Diode 104 zur Gleichrichtung des Signals der Wicklung 102 liegt in Reihe mit
einem Ende der Wicklung, wobei die Wicklung 102 mit der Kathode des Thyristors 52 (F i g. 1) verbunden
ist. Das andere Ende der Wicklung 102 liegt an der Steuerelektrode des Thyristors 52.
Die Wirkungsweise der Wicklung 102 sowie der Diode 104nachFig. 2 ist gleich derjenigen der Wicklung
56 sowie der Diode 62 nach Fig. 1. Wenn die
Magnete an dem Schwungrad sich nach der Aufladung des Kondensators der Wicklung 102 nähern, wird eine
negative Spannung 'n der Wicklung 102 induziert, so daß das Ende 102a der Wicklung 102 gegenüber dem
anderen Ende negativ wird. Die in der Wicklung induzierte negative Spannung bewirkt keinen Stromfluß
in dem Stromkreis, da die Diode 104 in der gezeigten Verbindung keinen Strom leitet. Wenn das Schwungrad
die Drehung der Magnete fortsetzt, wird eine positive Spannung in der Wicklung 102 induziert, wobei
das Ende 102a der Wicklung gegenüber dem anderen Ende positiv wird, so daß ein Strom in dem Stromkreis
durch die Diode 104 fließt. Die Spannung an der Steuerelektrode reicht aus, um den Thyristor 7u zunden
und eine Entladung des Kondensators zwecks Zündung der Zündkerze zu ermöglichen. Die in der
Wicklung 102 während dieses Intervalles induzierte positive Spannung besitzt eine Form ähnlich der
Kurve V-, während des Intervalls £ nach Fig. 10b,
um den Thyristor zu schalten und stromleitend zu machen. Dieser Zyklus wiederholt sich bei jeder Umdrehung
des Schwungrades zur Zündung der Zündkerze.
Gemäß der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 3 is1, der Induktionsgenerator insofern vereinfacht,
als er lediglich eine Tastwicklung 110 ähnlich der Ausführungsform nach F i g. 2 aufweist. Der Tastinduktionsgenerator
nach Fig. 3 liefert somit keine Früh- und Spätzündsignale für die Zündkerze sondern
beinhaltet lediglich eine andere Anordnung zur Verbindung der Diode, welche der einzigen Tastwicklung
zugeordnet ist. Das Teilsystem nach Fig. 3 dient zum
Ersatz des entsprechenden Teilsystems nach Fig. 1
ίο innerhalb des gestrichelten Kastens 54. In diesem Fall
befindet sich die Wicklung 110 auf einem Statorkernglied 111,welches andern Maschinengestell durch geeignete
Bauelemente befestigt sein kann. Die Wicklung ist mit dem Thyristor (Fig. 1) verbunden, indem
das Ende 110a der Wicklung an die Steuerelektrode und das Ende 110fr an die Kathode des Thyristors
angeschlossen sind. An der Wicklung 110 liegt eine Diode 112, deren Anode an der Seite HOb und deren
Kathode mit der Seite HOa der Wicklung 110 verbunden
ist.
Wenn die Magnete an dem Schwungrad sich dem Kernglied annähern, auf welchem sich die Wickhing
110 befindet, nachdem der Kondensator 40 aufgeladen wurde, erfolgt die Induzierung einer negativen
Spannung in der Wicklung 110, wobei das Wicklungsende HOa gegenüber dem Ende HOfc· negativ wird.
In diesem Fall ermöglicht die Diode 112 einen Stromfluß zur Kurzschließung der Wicklung 110. Wenn die
Magnete an dem Schwungrad weifer gedreht werden.
wird eine positive Spannung in der Wicklung HO induziert. Wenn dies erfolgt, befindet sich die Diode
112 in ihrem nichtleitenden Zustand, und die Steuerelektrode des Thyristors wird positiv gegenüber der
Kathode, um den Thyristor zu schalten und den Kondensator durch den Transformator zwecks Zündung
der Zündkerze zu entladen. Die in der Wicklung 110 während dieses Intervalls induzierte Spannung besitzt
eine Form ahnlich der Kurve V2 während des Intervalls
£ nach Fig. 10 b, um eine genügende Spannung zur Schaltung des Thyristors sowie zu;r Weiterleitung
von Strom von dem Kondensator τα schaffen.
Bei der Ausfuhrungsform nach Fi g. 9 sind ähnliche Teile gegenüber Fig. 1 mit gleichen Bezugsziffern,
jedoch zusätzlich mit einem Indexstrich versehen. Der Hauptumerschied zwischen den Ausführungsformen
nach F i g. 1 und 9 liegt in dem Aufbau des Tastinduktionsgenerators
54' nach Fig. <J zur Erzeugung einer
Früh- und Spätzündung des Zündsystems gemäß dem gerade bevorzugten Betrieb der Maschine. Im vorhegenden
Fall umfaßt der Tastinduktionsgenerator 54' eine zweite Induktionswicklung 120, welche auf einem
Statorkern 122 angebracht ist. der an dem Maschinengestell in geeigneter Weise befestigt sein kann. Die
Statoranordnung 122 mit dci Wicklung 120 befindet sich gegenüber der ersten Ausgangswicklung 34' in
einem Abstand an einer Stelle längs des Laufweces des Schwungrades, so daß eine Zusammenwirkung mit
den Magneten zwecks Erzeugung eines Steuersignals zur Schaltung des Thyristors 52' gewonnen wird, wobei
hierdurch die Zündkerze in dem Maschinenzylinder nahe dem oberen Kolbcntotpunkt gezündet werden
kann.
Der Tastinduktionsgenerator 54' ist mit einer dritten Inüuktionswicklung auf einem Statorkern 126
versehen, welche an dem Maschinengestell durch geeignete
Bauelemente befestigt sein kan.i. Die dritte Wicklung 124 auf dem Kern 126 wird verwendet, um
einen Frühzundfunken für die Zündeinrichtung bei
hohen Maschinendrehzahlen zu erzeugen, wobei sich eine bessere Zeitsteuerung des Zündens der Zündkerze
ergibt. Die dritte Wicklung 124 kann an einer Stelle in einem Bereich angeordnet sein, welcher sich
zwischen den Positionen der ersten und zweiten Wicklung sowie diese eingeschlossen erstrecken kann, um
den Friihzündfunken zu erzeugen. Gemäß Fi g. 1 sind beispielsweise zwei Tastinduktionswicklungen 56, 58
auf einem gemeinsamen Statorkern angebracht, wogegen gemäß Fig. 9 die dritte Wicklung 124 zur Erzeugung
des Frühzündfunkens auf dem Weg der Magnete allgemein zwischen der ersten Wicklung 34' und
der zweiten Wicklung 120 angeordnet ist. Die Feinsteuerung zur Erzeugung des Spätzünd- und Fi uhzündfunkens
zwecks Zündung der Zündeinrichtung kann durch eine relative Lageverschiebung der Ausgangswicklung
34', der Wicklung 120 sowie der Wicklung 124 justiert werden. Die Regulierung der Betätigung
des Thyristors 52', wahlweise durch das Steuersignal der zweiten oder dritten Wicklung 124,
wird erreicht, indem die Wicklung 124 weniger Windungen als die Wicklung 120 aufweist, so daß die Maschine
eine bestimmte Drehzahl erreichen muß, bevor das Steuersignal der dritten Wicklung 124 ein ausreichendes
Potential aufweist, um eine Schaltung des Gleichrichters 52' des Frühzündfunkens zu bewirken.
Die Wicklungen 120,124 liegen in dem Generatorstromkreis
54', wobei das Ende 120a der Wicklung 120 und das Ende 124a der Wicklung 124 zusammen
an einem Anschluß liegen, welcher mit der Steuerelektrode 52e des Thyristors 52 verbunden ist. Das
andere Ende 120b der Wicklung 120 liegt am Minuspol der Diode 128, deren Pluspol mit der Kathode
des Thyristors 52' verbunden ist. Das andere Ende 124b der Wicklung 124 liegt an dem Minuspol der
Diode 130, die am Pluspol mit der Kathode des Thyristors iS2' verbunden ist.
Die in Fig. lla, lib, lic, Hd veranschaulichten
Kurven entsprechen denjenigen nach Fig. 10a bis
1Od und zeigen den idealisierten Verlauf von Spannungen, um den grundsätzlichen Effekt der Spannungen
an verschiedenen Bauelementen der Schaltung nach F i g. 9 während aufeinanderfolgender Intervalle
zu zeigen, wenn sich das Zentrum des Magneten 24' von einem Punkt T r zu einem Punkt T\ bzw. von
Γ, nach T\ bzw. 7\ nach T1 bzw. 7", nach T4 bzw.
T\ nach r* bzw. 7\ nach T\ bzw. T\ nach T1 bzw.
T7 nach T8 bewegen, was Intervallen A', B\ C", D',
E', F', C bzw. H' in Fig. 9 entspricht. Insbesondere
stellt in Fig. lla die durchgezogene Kurve K5 die
Spannung in bestimmten Zeitintervallen an dem Kondensator 40' gemäß der in Fig. 9 angegebenen Spannung
K5 dar. Gemäß Fig. 11b stellt die durchgezogene
Kurve K6 die Spannung an der Wicklung 124 dar, welche in Fig. 9 als Vb bezeichnet ist. In Fig. lic
stellt die Kurve V1 die Spannung an der Wicklung
120 dar, weiche in F ig. 9 als V1 bezeichnet ist. Gemäß
Fig. lld stellt die durchgezogene Kurve Ks die
Spannung zwischen der Steuerelektrode sowie der Kathode des Thyristors 52' dar, welche in Fig. 9 mit
Ks bezeichnet ist. Die gestrichelte Linie über Jem
Nullspannungspegel in Fig. lld zeigt den Spannungspegel,
welcher zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors erreicht werden muß,
bevor dieser gezündet wird, um den geladenen Kondensator
mit der Zündeinrichtung zu verbinden. Die durchgezogenen Kurven IA bis VK gemäß Fig. lla
bis 11 d zeigen die aufeinanderfolgenden Spannungen.
welche an den Punkten in der Schaltung nach Fig. 9 mit den entsprechenden Bezeichnungen V5 bis K8 bei
niedrigen Maschinendrehzahlen erscheinen. Die gestrichelten Kurven K'_, bis K'„ stellen die aufeinanderfolgenden
Spannungen dar, welche an entsprechenden, nicht mit Indexstrich versehenen Phasen in der
Schaltung nach Fig. 9 bei hohen Maschinendrehzahlen auftreten.
Beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 9 mit niedrigen
Maschinendrehzahlen bewegen sich die Magnete nach Entladung des Kondensators 40' während
des Intervalls C, schließen dabei einen Magnetkreis und induzieren eine negative Spannung in der Wicklung
124, wobei das Wicklungsende 124a negativ gegenüber dem Wicklungsende 1246 wird, so daß kein
Strom durch die Diode 130 fließt. Während des Inter-
■ vails D' wird eine positive Spannung in der Wicklung
124 induziert, welche eine Form gemäß der Kurve Vh nach Fig. 11b während des Intervalls D'aufweist,
so jedoch reicht das Potential bei niedrigen Maschinendrehzahlen
nicht aus, um eine Zündung des Thyristors zu bewirken, wie dies durch die Kurve K8 in F i g. lld
während des Intervalls D' veranschaulicht ist. Die in der Wicklung 120 während des Intervalls F induzierte
negative Spannung, welche das Wicklungsende 120a negativ macht, wird seitens der Diode 128 daran gehindert,
einen Stromfluß zu bewirken. Die positive Spannung, welche in der Wicklung 120 induziert wird,
die mehr Windungen als die Wicklung 124 aufweist, ist während des Intervalls C genügend hoch, um eine
Zündung des Thyristors 52' zu bewirken, wie durch die Kurve Ks während des Intervalls C veranschaulicht
, so daß der Kondensator 40 sich zwecks Zündung der Zündkerze entladen kann.
Bei hohen Maschinendrehzahlen reicht die in der Wicklung 124 während des Intervalls D' induzierte
positive Spannung aus, um eine Schaltung des Gleichrichters zu bewirken, wie dies durch die gestrichelte
Kurve Ks, während des Intervalls D' in Fi g. lld veranschaulicht
ist. Diese frühe Tastung des Thyristors bei hohen Maschinendrehzahlen ermöglicht die Erzeugung
eines Frühzündfunkens für die Zündeinrichtung. Nach Entladung des Kondensators während des
Intervalls D' wiederholt sich der Zyklus, wenn das Schwungrad die Magnete zu der Ausgangswicklung
34' zurückdreht, um wiederum den Kondensator 40 aufzuladen.
Die Drehzahl, bei welcher das Zündsystem nach Fig. 9 reguliert wird, um eine Änderung von Spätzündung
auf Frühzündung und umgekehrt zu erreichen, hängt im vorliegenden Fall von der Anzahl dei
Windungen der Wicklung 124, der Winkelgeschwin digkeit des Schwungrades, den Abmessungen zwi
sehen den Magneten sowie den Wicklungen und de Zündspannung des Thyristors 52' ab. Die optimal«
Anordnung für jeden besonderen Fall hängt von de verwendeten Maschine ab und kann in bekannte
Weise bestimmt werden. Obgleich zum Zwecke eine einfacheren Darstellung eine Einzylindermaschine
beispielsweise ein Außenbordmotor, beschriebe! wurde, kann in gleicher Weise auch eine Mehrzylin
dermaschine verwendet werden, indem einfach zu sät?1ichc und ähnliche Bauelemente ähnlich der vor
angehenden Beschreibung verwendet werden. Aue kann ein mechanischer Verteiler verwendet wcrder
Fine gesteigerte Anzahl von Magnetfluß erzeugende Magneten kann an dem Schwungrad vorgesehen seir
so daß lediglich ein Siliziumtransistor, ein Aufwärts
14 13
transformator und ein Speicherkondensator verwendet werden müssen. Die Anzahl der auf dem Schwungrad
verwendeten Magnete oder ähnlich funktionierender Wicklungen kann gegenüber der vorangehend
gezeigten und beschriebenen Anzahl in Abhängigkeit von der Anzahl der Zylinder der Maschine gesteigert
d
werden.
Die beschriebene Zündanlage besitzt einen einfachen und wenig aufwendigen Aufbau, wobei verhältnismäßig
wenige Bauteile verwendet werden. Das den Magnetfluß erzeugende Bauelement wird einfach
durcii Magnete gebildet, die vorzugsweise an dem leisten
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Zündsystem für Verbrennungsmotoren mit einer Funkenzündeinrichtung und einer Einrichtung
zum drehzahlabhängigen Verstellen des Zündzeitpunktes durch rein elektrische Mittel, die
eine Induktionseinrichtung zur Erzeugung von Zündimpulsen mit einer Spulenanordnung und einer
Magnetkreisanordnung umfassen, wobei die Spulenanordnung drehfest und ein Teil der Magnetkreisanordnung
an einem von dem Motor getriebenen umlaufenden Teil montiert ist, die Funkenzündeinrichtung
in einem Entladekreis mit einem Ladungsspeicher verbunden ist, der von der genannten Induktionseinrichtung aufladbar ist
und der Entladekreis über ein Schalterelemem schließbar ist, um den Ladungsspeicher durch
Schaltimpulse über die Funkenzündeinrichtung zu entladen, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite Induktionseinrichtung (24, 26, 56, 58, 120, 124) mindestens zwei zeitlich nacheinander
auftretende Schaltimpulse erzeugt, von denen der erste beim Betrieb des Motors bis zu einer bestimmten
Drehzahl und der zweite beim Beirieb des Motors oberhalb dieser Drehzahl das Schalterelement (52) betätigt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Induktionseinrichtung
zwei Induktionsspulen (56,58; 120, 124) umfaßt, die mit dem Schalterelement (52) verbunden sind.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsspulen (56, 58:
120, 124) mit demselben Teil (24, 26) des entsprechenden
Magnetkreises zusammenwirken.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsspulen
(56,58) gegensinnig auf einem gemeinsamen Kern (60) gewickelt sind und der zugehörige Magnetkreis
einen Dauermagnet mit zwei auf dem umlaufenden Motor.'eil angeordneten Polschuhen (24,
26) entgegengesetzter Polarität umfaßt, die dem
Kern nacheinander gegenübertreten.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine (58) der beiden Induktionsspulen
über eine Zenerdiode (66) mit dem Sehalterelement
(52) verbunden ist.
6. System nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Induktionsspulen (120, 124) auf getrennten Kernen (122, 126) gewickelt
sind, die in verschiedenen Winkellagen bezüglich des zugehörigen Magnetkreises mit dem
Dauermagneten (24, 26) angeordnet sind.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den früheren Schaltimpuls erzeugende
Induktionsspule (124) eine geringere
Windungszahl aufweist als die andere Induktionsspule (120).
S. System nach einem der .Ansprüche 1 bis 7.
dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Induktionsspulen (34. 56. 58; 120. 124) mit demselben
Dauermagneten (24, 26) auf dem von dem Motor getriebenen umlaufenden Teil zusammenwirken.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Induktionsspulen (34. 56, 58; 120. 124) mil demselben
Teil einer Magnetkreisanordnung auf dem \on dem Motorgetriebenen umlaufenden Teil zusam
menwirken.
H). System nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Motor getriebene umlaufende Teil ein Schwungrad (28,
28') umfaßt.
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