DE2920273A1

DE2920273A1 - Magnetzuendsystem fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2920273A1
Application number: DE19792920273
Authority: DE
Inventors: Robert Vernon Jackson
Original assignee: Mcculloch Corp
Current assignee: Mcculloch Corp
Priority date: 1978-05-23
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1979-12-13
Also published as: AU536633B2; SE435868B; GB2021687B; AU4706779A; BR7903190A; US4194482A; SE7904467L; GB2021687A; CA1125360A; JPS5743742B2; JPS54155324A; FR2426809A1

Description

PATHKTAtJWALTE A. GRÜNECKER

DK=L-INQ

H. KlNKELDEY

W. STOCKMAIR

».INS-ME CCALTECH

K. SCHUMANN

DR BER NAT ■ 0IPL-FHYa

P. H. JAKOB

DB³L-INa

G. BEZOLD

CR REa NAT.· OPL-CHEM.

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 48

Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft ein Magnet zündsystem für einen Verbrennungsmotor.

Magnetzündsysteme beruhen auf dem elektrischen Prinzip, daß in einem Leiter eine Spannung erzeugt wird, wenn der Leiter einer Änderung des durch ihn gehenden Magnetflusses ausgesetzt wird. Eine plötzliche Änderung des Magnetflusses in dem Kern, auf dem ein Leiter angebracht ist, induziert eine hohe Spannung, die an eine Funkenstrecke zur Zündung des Kraftstoffes angelegt werden kann.

Die gebräuchlichen Zündsysteme für Verbrennungsmotoren benützen nockengesteuerte TJnterbrecherkontakte. Die TJnterbrecherkontakte unterbrechen mechanisch den Magnetspulenkreis, um so im richtigen Zeitpunkt des Motortaktes eine hohe Spannung zu induzieren, die die Zündkerze einen Zündfunken abgeben läßt. Mit dem Erscheinen von Transistor-Schaltungen haben viele Konstrukteure in der Zündtechnik die Vorzüge erkannt, die der Ersatz der Unterbrecherkontakte durch solche Schaltungen bringt. Anstelle der TJnterbreoherkontakte wurden verschiedenartige elektronische Schaltungen, wie Transistoren und siliziumgesteuerte Gleichrichter, verwendet, um den Strom zur Magnet- oder Primärwicklung zu unterbrechen. Ergän-

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TKLEPON (οββ) aaaeea telex οβ-aeaeo Telegramme monapat telekopierer

zend kam die Verwendung einer Abgriffspule als Hilfsmittel zur Auslösung des Schaltvorganges der elektronischen Schaltung hinzu, um den Schaltvorgang zeitlich zu steuern.

In der US-Patentanmeldung Serial Nr. 790 704, eingereicht am 25.5.1977, ist eine unterbrecherlose Magneteinrichtung beschrieben, die eine Primärwicklung und eine Triggerwicklung auf gesonderten Kernen aufweist. Der Kern, auf dem die Hilfstriggerwicklung angebracht-ist, liegt dicht am Hauptmagnetkern aus Gründen der Zündeinstellung, ist aber funktionell von diesem Kern praktisch magnetisch isoliert. Ein Thyristor und eine Halbleiterschaltung, etwa Transistoren in Darlington-Schaltung, wirken als Schaltelemente zum Unterbrechen des Stroms in der Primärwicklung des Magnetzündsystems·

Die vorliegende Erfindung bezweckt ein verbessertes Magnetzündsystem. Sie sieht ein Zündsystem vor, das einen ersten Kern, auf dem eine erste Wicklung angebracht ist, einen zweiten Kern nächst dem ersten Kern, der eine zweite Wicklung trägt, und einen Rotor mit einem Dauermagneten umfaßt, welcher in dem ersten und zweiten Kern ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt. Auf dem ersten Kern ist noch eine dritte Wicklung angebracht. Ein Primärkreis mit Halbleiterelementen dient dazu, in der ersten Wicklung einen Strom fließen zu lassen. Der Spannungsimpuls, der in der zweiten Wicklung durch das sich ändernde Kraftfeld des rotierenden Dauermagneten erzeugt wird, wird als ein Triggersignal an eine festkörpervorrichtung, etwa einen siliziumgesteuerten Gleichrichter, angelegt, der den Strom in dem Primärkreis an oder nahe an dessen Maximum unterbricht, wodurch sich da3 Magnetfeld ändert« Von der dritten Wicklung wird eine Vorspannung für das Schaltelement, die Halbleiterschaltung, geliefert, um die Unterbrechung des Stroms im Primärkreis zu verstärken und zu unterstützen.

Die verschiedenen Ausführungen des selbsttätigen, unterbrecherlosen Zündsystems gemäß der Erfindung haben alle einen

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Rotor mit einem Dauermagneten, der Spannungen in mehreren Wicklungen induziert, ferner drei Halbleiter-Sehaltelemente in Kaskadenschaltung zum Steuern des Stroms in den Wicklungen, ein Trigger signal, das von einer der Wicklungen geliefert wird und die Schaltelemente in einem vorbestimmten Zeitpunkt aktiviert, und Glieder, um gleichzeitig eine positive und eine negative Vorspannung an die Schaltelemente anzulegen, um den SchaltVorgang zu verstärken·

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig.1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

]?ig.2A ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig.2B ein Schaltbild noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

fig.3 eine Schnittansicht des Kern- und Wicklungsaufbaus einer Ausführungsform der Erfindung;

Pig.4 eine Schnittansicht der Fig.3, die die lage der Wicklungen auf den Kernen veranschaulicht;

Fig.5A ein Diagramm der Emitter-Basis-Spannung während des Schaltens in einer Schaltung ohne die erfindungsgemässe Verbesserung;

Fig.5B ein Diagramm des Emitter-Kollektor-Spannungsanstiegs während des Schaltens in einer Schaltung ohne die erfindungsgemäße Verbesserung;

Fig.50 ein Diagramm der Emitter-Basis-Spannung während des Schaltens in einer Schaltung, aus dem die durch die Lehre der Erfindung¹ verbesserte Schaltzeit ersichtlich ist;

Fig.5D ein Diagramm des Emitter-Kollektor-Spannungsanstiegs . 909850/06*2 2

während des Schaltens in einer Schaltung mit der erfindungsgemäßen Verbesserung.

In Pig.1 ist ein Schaltbild des erfindungsgemäßen unterbrecherlosen Zündsystems dargestellt. Gemäß der Erfindung ist an die Klemmen einer ersten Wicklung, nämlich der Primärwicklung 12 einer Magnetspule H, ein Halbleiterkreie 10 gelegt. Vorzugsweise hat die Halbleiterschaltung 10 drei Anschlüsse 16, 18 und 20, die beispielsweise der Kollektor, die Basis und der Emitter der Schaltung 10 sein können.

Wie hier dargestellt, weist die Halbleiterschaltung 10 zwei Transistoren 22 und 24 auf, die in Darlington-Schaltung verbunden sind. Der Kollektor und die Basis des ersten Transistors 22 dienen als erster bzw. zweiter Anschluß 16 und 18 der Halbleiterschaltung 10. Der Emitter des ersten Transistors 22 ist mit der Basis des zweiten Transistors 24 und mit einem Ende eines Widerstandes 26 verbunden. Das andere Ende äea Widerstandes 26 ist mit dem Emitter.des zweiten Transistors 24 verbunden, der auch noch als dritter Anschluß 20 der Halbleiterschaltung 10 dient. Zwischen Basis und Emitter des Transistors 22 liegt ein Widerstand 27.

Vorzugsweise umfaßt die Halbleiterschaltung 10 auch noch eine Diode 29f die zwischen Kollektor und Emitter des zweiten Transistors 24 liegt. Die Diode 29 dient als Nebenschluß für den Gegenstrom, der in der Primärwicklung 12 erzeugt wird.

Gemäß der Erfindung liegt ein Glied, das gesteuert duroh eine Spannung von einem sperrenden in einen leitenden Zustand umschaltet, mit einem Teil einer Wicklung 28 in Reihe zwisohen den Anschlüssen 18 und 20 der Halbleiterschaltung 10· Dieses Glied kann ein Thyristor sein und ist in dem hier gezeigten Beispiel ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCH) 32. Der siliziumgesteuerte Gleichrichter 32 hat ein Tor 34, das über einen Widerstand 35 mit einem Ende einer zweiten Wicklung, ^J nämlich einer Triggerspule 36, verbunden ist, die auf einem

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Kern 37 angebracht ist. Das andere Ende der zweiten Wicklung 36 ist mit der Kathode 33 des siliziumgesteuerten Gleichrichters 32 verbunden.

Wie aus der Pig. ersichtlich, ist der Basisanschluß 18 der Halbleiterschaltung 10 über einen Widerstand 30 mit einer Seite 48 einer dritten Wicklung, nämlich einer Vorspannwicklung 28, verbunden. Die andere Seite 44 der dritten Wicklung 28 ist mit der Kathode 33 des siliziumgesteuerten Gleichrichters 32 verbunden und ein Abgriff 46 an der dritten Wicklung 28 ist mit dem Anschluß 20 der Halbleiterschaltung 10 verbunden. Wie gezeigt, ist ein Kern 40 vorgesehen, auf dem die erste Wicklung, nämlich die Primärwicklung 12, und die dritte Wicklung, nämlich die Vorspannwicklung 28, angebracht sind.

Vorzugsweise ist eine Anordnung vorgesehen, um den Stromkreis durch die Primärwicklung 12 zu schließen. Hierzu kann die Halbleiterschaltung 10 mit dem Kollektoranschluß und dem Emitteranschluß 16 bzw. 20 dienen, die mit den Enden der Primärwicklung 12 verbunden sind.

Wie aus Fig.1 ersichtlich, verbindet ein Schalter 50 ein Ende der ersten Wicklung 12 mit Erde. Wenn der Schalter 50 geschlossen ist, ist die Primärwicklung 12 kurzgeschlossen und die Schaltung ist abgeschaltet.

Wie in ]?ig.1 dargestellt, ist eine Sekundärwicklung 42 mit einem Hochspannungsausgang vorgesehen, der im typischen Pail mit einem Zündorgan für einen Motor, etwa einer Zündkerze (nicht gezeigt), verbunden ist. Der Strom, der in der ersten Wicklung, der Primärwicklung 12, erzeugt und durch die Halbleiterschaltung 10 durchgeschaltet wird, erzeugt ein Magnetfeld, das den gemeinsamen Kern 40 der Primär- und Sekundärwicklung 12 und 42 beaufschlagt und in der Sekundärwicklung einen Hochspannungsausgang induziert«

Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, die auf

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den sich ändernden Magnetfluß im Kern 40 anspricht und die hier als dritte Wicklung 28 ausgebildet ist. Sie liefert eine umgekehrte Vorspannung an die Halbleiterschaltung 10, um die Sperrung des Stromdurchgangs durch die Schaltung zu erleichtern. Wie in Pig.1 dargestellt, liegt ein Teil der dritten Wicklung 28 in Reihe zwischen der Kathode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 32 und dem Emitteranschluß 20 der Halbleiterschaltung 10. Die Kathode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 32 ist mit einer ersten Klemme 44 der dritten Wicklung 28 verbunden. Eine zweite Klemme, der Abgriff 46, ist mit dem Anschluß 20 der Halbleiterschaltung 10 verbunden. Diese zweite Klemme 46 der dritten Wicklung 28 liegt zwischen der ersten Klemme 44 und einer dritten Klemme 48 der dritten Wicklung 28. Die Klemme 46 der dritten Wicklung 28 dient dazu, auf eine Änderung des Magnetflusses im Kern 40 hin eine Rückwärt svor spannung zu liefern, die unter allen Betriebsbedingungen größer ist als der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung des siliziumgesteuerten Gleichrichtera.

Die dritte Wicklung 28 kann als zwei gesonderte Wicklungen, ausgebildet sein oder sie kann eine einzige Wicklung sein mit einem Abgriff, wie in Fig.1, die zwei gleichzeitige Spannungen erzeugt. Eine Yorwärtsvprspannung, die an einem ersten Abschnitt zwischen den Klemmen 46 und 48 erzeugt wird, wird an die Anschlüsse 18 und 20 der Halbleiterschaltung 10 angelegt, um die Schaltung einzuschalten und zu treiben. Gleichzeitig, aber mit entgegengesetzter Phase zur Torwärtsvorspannung wird an einem zweiten Abschnitt zwischen den Klemmen 46 und 44, der in Reihe zwischen dem siliziumgesteuerten Gleichrichter 32 und der Halbleiterschaltung liegt, eine Rückwärt svor spannung erzeugt. Die Rückwärtsvorspannung ist so gewählt, daß sie höher ist als der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung des Gleichrichters 32, um so eine Rückwärtsvorspannung an der Emitter-Basisstrecke der Halbleiterschaltung 10 vorzusehen, wenn der Gleichrichter 32 eingeschaltet ist.

Das erfindungsgemäße unterbrecherlose Zündsystem funktio-

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niert folgendermaßen: Die Vorwärts vor spannung, die an dem Abschnitt der dritten Wicklung 28 zwischen den Klemmen 46 und 48 erzeugt wird, wird an die Halbleiterschaltung 10 angelegt, worauf die Darlington-Schaltung eingeschaltet wird und der Primärkreis Strom führt. Wenn von der zweiten Wicklung 36 an das Tor des siliziumgesteuerten Gleichrichters 32 ein Triggersignal angelegt wird, ist der Spannungsabfall des Gleichrichters 32 in Durchlaßrichtung kleiner als die Gegenvorspannung und die Spannung zwischen dem Emitteranschluß 20 und dem Basisanschluß 18 der Halbleiterschaltung 10 schwingt nach negativ, wodurch die Halbleiterschaltung 10 ausgeschaltet wird. Der negative Wert der Basis-Emitter spannung wird bestimmt durch die Spannung, die in dem Abgriffteil der dritten Wicklung 28 zwischen den Klemmen 44 und 46 erzeugt wird«

In den Fig.2A und 2B ist ein zweites und ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen unterbrecherlosen Zündsystems gezeigt. Elemente, die solchen der Schaltung in Fig.1 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen. In Fig.2A ist die Schaltung in der Weise abgewandelt, daß ein Teil der dritten Wicklung 28 weggelassen und damit die Schaltung vereinfacht i3t. Außerdem ist der Widerstand 30, der der Basisstrombegrenzungswiderstand ist, nicht mit der dritten Wicklung 28, sondern mit der ersten Wicklung, der Primärwicklung 12, verbunden. Die Primärwicklung 12 liefert die Vorwärtsvorspannung über den Widerstand 30 zum Einschalten und Treiben der Halbleiterschaltung 10. Die von der ersten Wicklung 12 erzeugte Spannung bietet eine ausreichende Vorwärtsvorspannung zum Einschalten der Halbleiterschaltung 10, wodurch ein großer Teil der dritten Wicklung 28 wegfallen kann.

Das unterbrecherlose Zündsystem der Fig.2A ist einfacher in der Fertigung, weil die dritte Wicklung 28 kleiner geworden ist. Die Vorwärtsvorspannung zum Einschalten der Halbleiterschaltung 10 steht jedoch nur von einer festen Anzahl von Windungen der ersten Wicklung 12 zur Verfügung und kann daher nicht unabhängig davon verändert werden. Bei der Schaltung

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der Fig.1 steuert der Abschnitt der dritten Wicklung zwischen den Klemmen 46 und 48 die Yorwärtsvorspannung zum Einschalten und Treiben der Halbleiterschaltung 10. Demzufolge kann die Energie und Spannung zum Treiben der Halbleiterschaltung 10 unabhängig von der Primärwicklung reguliert werden. Nichtsdestoweniger liefert in den üblichen Anwendungen die Schaltung der Fig.2A eine ausreichende Energie von der ersten Wicklung 12, um die Halbleiterschaltung 10 zu treiben.

In Fig.2B ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der keine dritte Wicklung notwendig ist. Ein erster Abschnitt der ersten Wicklung 12 zwischen den Klemmen 11 und 13 ist in Seihe mit dem Widerstand 50 zwischen die Klemmen 18 und 20 gelegt, um die Halbleiterschaltung 10 zu treiben. Die zwischen den Klemmen 11 und 13 der ersten Wicklung 12 erzeugte Spannung liefert eine Vorwärtsvorspannung zum Treiben der Halbleiterschaltung 10, wie auch bereits in dem Beispiel der Fig.2A·

Ein zweiter Abschnitt der ersten Wicklung 12, der zwischen den Klemmen 11 und 15 abgegriffen wird, ist in Reihe zwischen die Kathode 33 des siliziumgesteuerten Gleichrichters 32 und den Anschluß 20 der Halbleiterschaltung 10 gelegt. Die Spannung über dem zweiten Abschnitt der ersten Wicklung 12 ist so gewählt, daß sie höher ist als die Durchlaß spannung des siliziumgesteuerten Gleichrichters 32 und ist so angelegt, daß sie dieser Durchlaßspannung entgegenwirkt, so daß die Spannung an den Anschlüssen 18 und 20 während der Stromunterbrechung umgekehrt ist. _;

Es können in der Rotor- und Verteiler anordnung mehrere Magnete vorgesehen sein, wenn ein Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern von den Beispielen der Pig. 1, 2A und 2B gezündet werden soll. Die in der Sekundärwicklung 42 erzeugte Spannung kann dann gesteuert an jede, einem der Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnete Zündkerze angelegt werden. Die Konstruktion der beiden Kerne 40 und 37, des Magnetkerns bzw. des Triggerkerns, und ihrer zugehörigen Wicklungen ist in den

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Pig.3 und 4 gezeigt. Wie dargestellt, ist am Umfang eines Rotors 52 aus einem nichtmagnetischen Material ein Dauermagnet 54 eingebettet, um ein rotierendes Kraftfeld oder Magnetflußquelle für das Magnetsystem vorzusehen. Im Rahmen der Erfindung können Änderungen an der Konfiguration des Magneten 54 und des Rotors 52 vorgenommen werden.

Der Rotor 52 ist gewöhnlich unmittelbar auf der Welle des Verbrennungsmotors angebracht und dreht sich synchron mit dem Motor, in der Darstellung entgegen dem Uhrzeigersinn· Der luftspalt zwischen dem ersten Kern 40 und dem Rotor 52 ist möglichst klein gehalten, so daß die gesamte Reluktanz des Magnetkreises gering ist, wenn die Pole des Magneten 54 mit den Schenkeln des Kerns 40 gefluchtet sind. Wenn die Pole des Magneten 54 mit den Enden der Schenkel 56 und 58 des Kerns 40 ausgerichtet sind, geht der größte Teil des Flusses von dem rotierenden Magnetfeldträger durch den ersten Kern 40·

Vorzugsweise ist der zweite Kern 37, auf dem die zweite Wicklung 36 angebracht ist, nahe neben dem ersten Kern 40, aber im Abstand von diesem angeordnet, wie dies auch dargestellt ist. Das kann dadurch erreicht werden, daß man ein isolierendes Abstandsstück 60 zwischen die zweite Wicklung 36 und den ersten Kern 40 einlegt. . ■

Wie dargestellt, ist die erste Wicklung, die Primärwicklung 12, auf einem Schenkel 58 des Kerns 40 derart angebracht, daß sie sowohl den zweiten Kern 37 als auch die zweite Wicklung 36 umschlingt. Vorzugsweise liegt der zweite Kern 37 neben dem Schenkel 58 des Kerns 40 und parallel zu diesen.

Die dritte Wicklung 28 ist vorzugsweise auf der ersten Wicklung, der Primärwicklung 12, angebracht, wie in Pig.3 dargestellt. Die dritte Wicklung ist koaxial mit der Primärwicklung 12 gewickelt. Die Sekundärwicklung 42 ist, wie gezeigt, auf der dritten Wicklung 28 angebracht. Alle drei Wicklungen, die erste Wicklung 12, die dritte Wicklung 28 und die Sekun-

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därwicklung 42 sind konzentrisch zum Schenkel 58 des Kerns 40. Isolierende Abstandsstücke, etwa 60, dienen dazu, die betreffenden Wicklungen in richtiger Lage zueinander und zum Kern 40 zu halten.

Der zweite Kern 37 und die zweite Wicklung 36 sind neben dem ersten Schenkel 58 an dessen Innenseite angebracht, so daß in der zweiten Wicklung 36 ein Spannungsimpuls erzeugt wird zu dem Zeitpunkt, wenn der Strom in der Primärwicklung 12 etwa sein Maximum hat. Der Triggerspannungsimpuls wird an das Tor 34 des siliziumgesteuerten Gleichrichters 32 angelegt und macht diesen Gleichrichter durchgängig. Dadurch wird der Stromfluß durch die Primärwicklung 12 unterbrochen.

In dem Augenblick des Timschaltens geht der Basisanschluß 18 der Halbleiterschaltung 10 von einer Vorwärtsvorspannung bezüglich des Emitter anschluss es 20 zu einer Rückwärtsvorspannung über. Dies bewirkt, daß die Halbleiterschaltung 10 plötzlich abschaltet, weil die Ladungsträger von der Rückwärtsvor~ spannung getrieben werden. Das Resultat ist eine Schaltzeit, die nur ein Bruchteil der Schaltzeit ist, die man erhält, wenn an der Halbleiterschaltung 10 nach dem Schalten eine Vorwärtsvorspannung verbleibt.. Zudem erhöht' die Rückwärtsvor— spannung zwischen der Basis 18 und dem Emitter 20 kurzzeitig die Sperr- oder Schaltspannung (hold off oder break over voltage) der Emitter-Kollektorverbindung gleichzeitig mit der Ankunft einer erhöhten Spannung von der ersten Wicklung, der Primärwicklung 12, unmittelbar, nachdem daa Schalten stattgefunden hat. Statt daß die Emitter-Kollektor strecke durchschaltet, wird sie nunmehr bis zu einer höheren Spannung gesperrt und die Schaltung kann etwas zwischen dem Emitter und der Basis schwingen, so daß sie im wesentlichen eine oszillierende Vorspannung synchron mit der von der Primärwicklung 12 an Emitter-Kollektor der Halbleiterschaltung 10 angelegten Spannung liefert. Dies bewirkt eine gedämpfte Schwingung in der Ausgangsspannung der Sekundärwicklung, die die Funktion der Vorrichtung verbessert.

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Die Verbesserung in der Funktion des Magnetzündsystems wird am deutlichsten durch einen Vergleich der Fig.5A und 5B mit den Mg.50 und 5D. In den Fig.5A und 5B sind die Emitter-Basis-Spannung bzw. die Emitter-Kollektorspannung für eine Vorrichtung dargestellt, die während des Abschaltens keine Rückwärtsvorspannung an die Halbleiterschaltung 10 liefert. Die in der dritten Wicklung 28 erzeugte Spannung, die zwischen den Basisanschluß 18 und den Emitteranschlufl 20 der Halbleiterschaltung 10 gelegt wird, wächst, wie gezeigt, bis zu einem beispielsweisen Wert von 1,8 V. Wenn zum Zeitpunkt T₁ getriggert wird, schaltet der siliziumgesteuerte Gleichrichter 32 ein und die Emitter-Basisspannung fällt in einer Zeitspanne T₁ bis T₂ ^auf etwa +0,9 V ab. Die relative Schaltzeit ist in Fig.5B dargestellt, in der der Anstieg der Emitter-Kollektorspannung aufgetragen ist. Die Emitter—Kollektor— spannung der Halbleiterschaltung 10 geht von einem niedrigen Wert in dem Durchlaßzustand zum Zeitpunkt T.. zu einer maximalen Spannung zum Zeitpunkt T₂» der von den S ehalt bedingungen bestimmt wird, die an dem Emitter-Kollektor der Darlington-Schaltung herrschen. Die Schaltzeit (T₁ bis T₂) liegt im typischen Fall in der Größenordnung von 2 bis 3 Mikrosekunden.

In den Fig.50 und 5D ist die Emitter-Basisspannung bzw, die Emitter-Kollektorspannung für eine erfindungsgemäße Schaltung aufgezeichnet, die während des Sperrens an der Halbleiterschaltung 10 eine Rückwärtsvorspannung vorsieht. Die Emitter-Basisspannung steigt während des Durchlaßzustands der Schaltung beispielsweise auf einen Wert von 1,8 V. Wenn zum Zeitpunkt T₁ getriggert wird, schaltet der siliziumgesteuerte Gleichrichter ein und die Emitter-Basis spannung wird um einen Betrag nach negativ getrieben, der von der Anzahl der Windungen der dritten Wicklung 28 zwischen den Anschlüssen und 46 der Fig.1 bestimmt wird.

Wie in Fig.5D gezeigt, wird die Anstiegzeit der Emitter-Kollektorspannung der Halbleiterschaltung 10 durch die Verwen-

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dung der Rückwärtsvorspannung beträchtlich verkürzt. Während die Anstiegzeit (Tg - Ϊ-«) typischerweise zwischen 2 und 3 Mikrosekunden liegt, siehe hierzu ]?ig.5B, kann sie weniger als eine Mikrosekunde, im Beispiel 0,8 MikroSekunden, betragen, wenn das Schalten in einer Schaltung gemäß den Fig.i, 2A oder 2B erfolgt. Die kürzere Schaltzeit ergibt geringere Schaltverluste und eine geringere Erwärmung. Dadurch wird aufgrund der geringeren Leistungsverluste und der rascheren Stromänderung in der Primärwicklung 12 ein höherer Ausgang der Sekundärwicklung erzielt.

Wenn an die Emitter-Basisstrecke der Halbleiterschaltung 10 eine stärkere Rückwärtsvorspannung angelegt wird, wird die Durchlaßspannung (break over voltage) zwischen Emitter und Kollektor höher. Die Schaltungen der Fig. 1,2A und 2B gestatten das Anlegen einer Eückwärtsvorspannung an die Basis-Emitterstrecke der Halbleiterschaltung 10 mit der Geschwindigkeit, mit der die Emitter-Kollektorspannung angelegt wird, nachdem die Halbleiterschaltung 10 abgeschaltet hat. Demgemäß ist es möglich, mit dieser Schaltung Sperrspannungen (hold-off-Spannungen) unter kurzzeitigen Vorspannungsbedingungen zu erzielen, die wesentlich höher sind, als die Nennspannungen der Transistoren.

Die oben beschriebene Eückwärtsvorspannung der Basis-Emitterstrecke der Halbleiterschaltung 10 beruht auf der Konstruktion der Wicklungen. Die dritte Wicklung 28 ist konzentrisch zur ersten Wicklung 12 gewickelt, die die zwischen den Emitter-. Kollektoranschlüssen der Halbleiterschaltung 10 erscheinende Spannung erzeugt. Wenn in der ersten Wicklung 12 eine Spannung erzeugt wird, wird auch in der dritten Wicklung 28 eine Spannung erzeugt, da die beiden Wicklungen koaxial um den gleichen Kern 40 gewickelt sind _β

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Leerseite

Claims

Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor Ansprüche

( 1.jMagnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen ersten Kern. (40), eine erste Wicklung (12) auf dem ersten Kern. (40), eine Einrichtung (10) zum Schließen des Stromkreises durch die erste Wicklung,

eine Hochspannungssekundärwicklung (42) auf dem ersten Kern zum Erzeugen eines Spannungsausgangs für das Zündsystem,

einen zweiten Kern (37), der nahe neben dem ersten Kern (40) in einem Abstand von diesem angebracht ist, eine zweite Wicklung (36), die auf dem zweiten Kern (37) angebracht ist,

einen Rotor (52) mit einem Dauermagneten (54) zum Erzeugen eines sich ändernden Magnetflusses durch den ersten und zweiten Kern (40, 37), um an der ersten bzw. zweiten Wicklung (12, 36) Spannungen zu induzieren, ein Glied (32), das auf die in der zweiten Wicklung (36)

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TELEFON (039) SaaBS9

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TELEQRAMME WlONAPAT

TELEKOPiEBER

erzeugte Spannung anspricht und den Stromfluß durch die den Stromkreis schließende Einrichtung (10) unterbricht, und

eine Einrichtung (28), die auf die Änderung des Magnetflusses durch den ersten Kern anspricht und eine Eüekwärtsvorspannung an die Einrichtung (10) zum Schließen des Stromkreises durch die erste Wicklung anlegt, um die Stromunterbrechung in dieser Einrichtung zu erleichtern.

Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Änderung des Magnetflusses durch den ersten Kern ansprechende Einrichtung eine dritte Wicklung (28) mit einer ersten und zweiten Klemme ist, die mit dem Glied (52) bzw· mit der Einrichtung (10) zum Schließen des Stromkreises durch die erste Wicklung verbunden sind,

Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Änderung des Magnetflusses durch den ersten Kern ansprechende Einrichtung eine dritte Wicklung (28) ist, die auf dem ersten Kern (40) angebracht ist und drei Klemmen (44, 46, 48) hat, von denen die zweite Klemme (46) zwischen der ersten (44) und der dritten (48) Klemme liegt und die erste und dritte Klemme (44, 48) an das auf die Spannung ansprechende Glied (32) gelegt sind und die zweite Klemme (46) mit der Einrichtung (10) zum Schließen des Stromkreises durch die erste Wicklung verbunden ist.

Magnetzünd system für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Schliessen des Stromkreises durch die erste Wicklung eine Halbleiterschaltung (10) ist, die drei Anschlüsse (16, 18, 20) hat, von denen der erste und dritte Anschluß (16, 20) an der ersten Wicklung (12) liegen, und daß die dritte Wicklung (28) in Reihe mit dem auf die Spannung ansprechenden

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Glied (32) an den zweiten und dritten Anschluß (18, 20) der Halbleiterschaltung gelegt ist.

5. Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Spannung ansprechende Glied (32) ein Thyristor mit einer Anode, einer Kathode und einem Tor ist, der sich durch einen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung auszeichnet, und daß die dritte Wicklung (28) unter dem Einfluß des sich ändernden Magnetflusses in dem ersten Kern eine Rückwärts vor spannung erzeugt, deren absoluter Wert höher ist als der Spannungsabfall des Thyristors in Durchlaßrichtung.

6. Magnet zündsystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Schliessen des Stromkreises eine Halbleiterschaltung (10) mit drei Anschlüssen (16, 18, 20) ist.

7. Magnetztind system für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode des Thyristors mit der ersten Klemme der dritten Wicklung (28), ferner die zweite Klemme der dritten Wicklung mit dem dritten Anschluß (20) der Halbleiterschaltung (10) und der zweite Anschluß (18) der Halbleiterschaltung mit der Anode des Thyristors verbunden sind.

8. Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, daduroh gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung (10) zwei Transistoren (22, 24) in Darlingtonanordnung umfaßt und daß die erste Wicklung (12) über dem zweiten und dritten Anschluß (18, 20) der Halbleiterschaltung liegt, um diese Schaltung zu treiben.

9. Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Einwegstrom führendes Element an der Einrichtung (10) zum Schließen des

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_ 4- —

Stromkreises durch die erste Wicklung liegt, das so gepolt ist, daß es die Rückwärtsspannung an dieser Einriohtung auf den Spannungsabfall in Durchlaßrichtung an diesem Element begrenzt.

10· Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen ersten Kern (40),
eine erste Wicklung (12) auf dem ersten Kern (40), eine Einrichtung (10) zum Schließen des Stromkreises durch die erste Wicklung,

eine Hochspannungssekundärwicklung (42), die auf dem ersten Kern angebracht ist, um einen Spannungsausgang für das Zündsystem zu liefern,

einen zweiten Kern (37), der innerhalb der ersten Wicklung (12) nahe neben dem ersten Kern (40) in einem Abstand von diesem angebracht ist,

eine zweite Wicklung (36) auf dem zweiten Kern (37), einen Rotor (52) mit einem Dauermagneten (54) zum Erzeugen eines sich ändernden Magnetflusses durch den ersten und zweiten Kern (40, 47), um an der ersten und zweiten Wicklung (12, 36) Spannungen zu induzieren, ein Glied (32), das auf die in der zweiten Wicklung (36) erzeugte Spannung anspricht und den Stromfluß durch die den Stromkreis schließende Einrichtung (10) unterbricht, und

eine Einrichtung (28), die auf die Änderung des Magnetflusses durch den ersten Kern anspricht und eine Rückwärtsvorspannung an die Einrichtung (10) zum Schließen des Stromkreises durch die erste Wicklung anlegt, um die Stromunterbrechung in dieser Einrichtung zu fördern,

11. Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen ersten Kern (40),
eine erste Wicklung (12) auf dem ersten Kern (40), eine Halbleiterschaltung (10) mit drei Anschlüssen (16, 18, 20), von denen der erste und dritte Anschluß (16, 20)

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an der ersten Wicklung (12) liegt, um den Stromkreis durch diese Wicklung zu vervollständigen, eine Hochspannungssekundärwicklung (42) auf dem ersten Kern zum Erzeugen eines Spannungsausgangs für das Zündsystem,

einen zweiten Kern (37), der nahe neben dem ersten Kern (40) in einem Abstand von diesem angebracht ist, eine zweite Wicklung (36), die auf dem zweiten Kern (37) angebracht ist,

ein Grlied (32), das auf die in der zweiten Wicklung (36) erzeugte Spannung anspricht und den Stromfluß durch die Halbleiterschaltung (10) unterbricht, eine dritte Wicklung (28), die auf dem ersten Kern (40) angebracht ist und einen ersten Abschnitt zum Erzeugen einer Torwärtsvorspannung, sowie einen zweiten Abschnitt zum Erzeugen einer Rückwärtsvorspannung hat, von, denen der erste Abschnitt mit dem zweiten und dritten Anschluß (18, 20) der Halbleiterschaltung (10) verbunden ist, um diese Schaltung zu treiben, und der zweite Abschnitt zusammen mit dem auf die Spannung ansprechenden Glied (32) an dem zweiten und dritten Anschluß (18, 20) der Halbleiterschaltung liegt, um an diese Schaltung eine Rttckwärtsvorspannung anzulegen, ■

einen Rotor (52) mit einem Dauermagneten (54) zum Erzeugen eines sich ändernden Magnetflusses durch den ersten und zweiten Kern (40, 37), um an der ersten, zweiten und dritten Wicklung (12, 36, 28) Spannungen zu induzieren.

12. Magnet zündsystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen ersten Kern (40),
eine erste Wicklung (12) auf dem ersten Kern, eine Halbleiterschaltung (10) mit drei Anschlüssen (16, 18, 20), von denen der erste und dritte Anschluß (I6_r 20) an der ersten Wicklung (12) liegt, um den Stroakreis durch diese Wicklung zu schließen, , ' ;

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eine HochspannungsSekundärwicklung (42) auf dem ersten Kern (4-0) zum Erzeugen eines Spannungsausgangs für das Zündsystem,

einen zweiten Kern (37), der nahe neben dem ersten Kern (40) in einem Abstand von diesem angebracht ist, eine zweite Wicklung (36) auf dem zweiten Kern (37), ein Glied (32), das auf die in der zweiten Wicklung (36) erzeugte Spannung anspricht, um den Stromfluß durch die Halbleiterschaltung (10) zu unterbrechen, eine dritte Wicklung (28), die auf dem ersten Kern (40) angebracht ist und in Reihe mit dem auf die Spannung ansprechenden Glied (32) an dem zweiten und dritten Anschluß (18, 20) der Halbleiterschaltung (10) liegt, um eine Rückwärtsvorspannung zu erzeugen, und einen Rotor (52) mit einem Dauermagneten (54) zum Erzeugen eines sich ändernden Magnetflusses durch den ersten und zweiten Kern (40, 37), um an der ersten, zweiten und dritten Wicklung (12, 36, 28) Spannungen zu induzieren. (Fig.2A)

13. Magnetzündsystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch

einen ersten Kern (40),

eine erste Wicklung (12) auf dem ersten Kern, eine Halbleiterschaltung (10) mit drei Anschlüssen (16, 18, 20), von denen der erste und dritte Anschluß (16, 20) an der ersten Wicklung (12) liegt, um den Stromkreis durch diese Wicklung zu schließen,

eine Hochspannungssekundärwicklung (42), die auf dem ersten Kern (40) angebracht ist zum Erzeugen eines Spannungsausgangs für das Zündsystem,

einen zweiten Kern (37), der nahe neben dem ersten Kern (40) in einem Abstand von diesem angebracht ist, eine zweite Wicklung (36), die auf dem zweiten Kern (37) angebracht ist,
ein Glied (32), das gesteuert durch die in der zweiten

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Wicklung (36) erzeugte Spannung den Stromfluß durch die Halbleiterschaltung (10) unterbricht,

sowie dadurch, daß die erste Wicklung (12) einen abgegriffenen Abschnitt hat, der in Reihe mit dem auf die Spannung ansprechenden Glied (32) an dem zweiten und dritten Anschluß (18, 20) der Halbleiterschaltung liegt, um eine Rückwärtsvorspannung zu erzeugen,

und durch einen Rotor (52) mit einem Dauermagneten (54) zum Erzeugen eines sich ändernden Magnetflusses durch den ersten und zweiten Kern (40, 37), um an der ersten und zweiten Wicklung (12, 36) Spannungen zu induzieren. (Pig.2B)

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