DE69332429T2

DE69332429T2 - Kondensatorentladungs-Zündsystem eines Motors mit automatischer Geschwindigkeitsbegrenzung

Info

Publication number: DE69332429T2
Application number: DE69332429T
Authority: DE
Inventors: Martin N. Andersson
Original assignee: Walbro Corp
Current assignee: Walbro Corp
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2013-08-07
Also published as: JPH06159216A; US5245965A; EP0584618A2; DE69332429D1; JP2584184B2; EP0584618A3; EP0584618B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kondensatorentladungs-Zündsystem für Motoren, genauer gesagt die automatische Begrenzung der Motordrehzahl durch Begrenzen oder Verhindern einer Motor Zündung.
Bei vielen kleinen Zweitakt- oder Viertaktmotoren, wie solchen für Kettensägen und Holzschnittgeräte, ist es von Bedeutung, daß ein Überdrehen des Motors in Situationen verhindert wird, in denen die Last plötzlich entfernt wird und der Motor mit weit geöffneter Drosselklappe arbeitet. Beispielsweise bei Sägen, bei denen das Sägeblatt aus Stahl oder Verbundmaterialien besteht, kann die Gefahr eines Bruchs des Sägeblatts bei hoher Drehzahl bestehen, wenn das Überdrehen des Motors nicht eingegrenzt wird. Ferner kann die Gefahr einer inneren Beschädigung des Motors existieren.
Es wurde bislang bei kleinen Motoren der hier in Rede stehenden Art vorgeschlagen, einen Kugel-Drehzahlregler mit dem Vergaser des Motors zu koppeln, um ein Überdrehen des Motors zu begrenzen. Da die Motorvibrationen mit der Dreh zahl ansteigen, überwindet die Trägheit der Kugel die Kraft einer Positionierungsfeder. Wenn sich die Reglerkugel von ihrem Sitz wegbewegt, strömt Extrakraftstoff vom Vergaser in den Motor und überflutet und verlangsamt diesen zeitweise. Ein solcher Kugel-Drehzahlregler kann jedoch blockieren oder Eingriffen zugänglich sein, um die Motordrehzahl zu erhöhen und einen schnelleren Betrieb des Motors zu erreichen. Ferner sind mit einem solchen Regler beträchtliche Zusatzkosten verbunden.
Die US-A-4 449 497 beschreibt ein Kondensatorentladungszündsystem einschließlich einer Drehzahlsteueranordnung zum Verhindern des Überdrehens des Motors. Die Zündung wird oberhalb einer bestimmten Drehzahlgrenze beendet.
Die DE-A-1 954 874 beschreibt ein ähnliches System. Bei dieser herkömmlichen Schaltung gibt es entweder eine vollständige Zündung unterhalb der Drehzahlgrenze oder keine Zündung oberhalb der Drehzahlgrenze. Infolge der Masse und der Trägheit des rotierenden Motors existiert ein enger Bereich einer Drehzahlveränderung oder eines Überfahrens zwischen der vollständigen Beendigung der Zündung und der nachfolgenden Wiederaufnahme der Zündung.
Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Kondensatorentladungs-Zündsystem für einen Motor zu schaffen, das besonders gut geeignet ist für kleine Zweitakt- oder Viertaktmotoren der vorstehend beschriebenen Art und das das Merkmal einer automatischen Verhinderung eines Überdrehens des Motors besitzt. Ein genaueres Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung eines Zündsystems mit einem Merkmal des Verhinderns eines Überdrehens der vorstehend beschriebenen Art, das nicht ohne weiteres für Eingriffe einer Bedienungsperson des Motors zugänglich ist, das mit einem begrenzten Anstieg der Herstellkosten ohne weiteres verwirklicht werden kann und das über eine verlängerte nutzbare Lebensdauer zuverlässig arbeitet.
Die Erfindung ist im Hauptanspruch wiedergegeben. Die Drehzahlbegrenzungseinrichtung begrenzt das Aufladen des Zündladungskondensators, wenn sich die Motordrehzahl zwischen einer ersten und einer zweiten Schwelle befindet. Hierdurch wird ein Übergangsband der Motordrehzahl geschaffen, in dem eine Zündung nur bei abwechselnden Leistungshüben auftritt. Aufgrund der Tatsache, daß bei weniger als sämtlichen Leistungshüben gezündet wird, wird eine begrenzte Überdrehmöglichkeit zwischen einer oberen und einer unteren Schwelle erreicht, was sich von der vollständigen Verhinderung des Motorbetriebes über der höheren Schwelle unterscheidet.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung wird nunmehr zusammen mit weiteren Zielen, Merkmalen und Vorteilen derselben in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert. Hiervon zeigen:
Fig. 1 eine schematische elektrische Darstellung eines Kondensatorentladungs-Zündsystems für einen Motor gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
die Fig. 2 und 3 Signaldarstellungen, die zur Erläuterung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung beitragen.
Fig. 1 zeigt ein Kondensatorentladungs-Zündsystem 10 für einen Motor gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das eine Zündspule 12 mit einer Primärwicklung 14 und einer Sekundärwicklung 16, die mit einer Zündkerze 18 zum Initiieren der Zündung eines Motors in Verbindung steht, umfaßt. Ein Schwungrad 20 ist in geeigneter Weise mit der Kurbelwelle des Motors verbunden und trägt mindestens einen Magneten 22, der sich synchron mit dem Betrieb des Motors dreht. Eine Spuleneinheit 24 ist mit dem Magneten 22 gekoppelt, wenn sich das Schwungrad 20 zur Erzeugung von Signalen (Fig. 3) in der Spuleneinheit dreht. Die Spuleneinheit 24 umfaßt eine Ladungsspulensektion 26, die über eine Diode D1 und einen Kondensator C1 mit der Primärwicklung 14 der Zündspule 12 in Verbindung steht. Eine Triggerspulensektion der Einheit 24,28 ist an einem Ende an die Ladungsspule 26 und am anderen Ende an das Ende der Primärwicklung 14, das vom Kondensator C1 entfernt ist, angeschlossen. Somit wird ein geschlossener Stromkreis von der Ladungsspule 26 über die Diode D1, den Kondensator C1, die Primärwicklung 14 und die Triggerspule 28 gebildet. Eine Diode D2 ist über die Spulen 26, 28 geschaltet, um einen reversen Stromkreis vorzusehen und ein Nachschwingen in den Ladungs- und Triggerspulen zu reduzieren. Ein elektronischer Schalter, vorzugsweise in der Form eines SCR T1, besitzt eine primäre stromführende Anode und Kathodenelektro den, die an den Knotenpunkt der Diode D1 und des Kondensators C1 und den Knotenpunkt der Primärwicklung 14 und der Triggerspule 28 angeschlossen sind. Der Schalter SCR T1 besitzt ferner eine Steuer- oder Gateelektrode, die an den Knotenpunkt zwischen den Spulen 26,28 angeschlossen ist.
In dem bis zu dieser Stelle beschriebenen Umfang besitzt das Zündsystem C eine generell herkömmliche Konstruktion und Funktionsweise. Bei jeder Drehung des Magneten 22 an den Spulen 26,28 vorbei wird in den Spulen 26,28 ein Signal erzeugt, wie in Fig. 3 gezeigt, in der die Signalspannung V in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt ist. Die Polarität der Spulen 26,28 (in Fig. 3 gezeigt) und die Polarisierung der Dioden D1, D2 sind derart, daß der erste Peak 42 (Fig. 3) an der Gateelektrode des SCR T1 anliegt, um den SCR zu triggern. Der zweite Peak 44 liegt durch die Diode D1 an der Wicklung 14, um den Kondensator C1 aufzuladen. Während dieser Zeit muß der SCR T1 für den Normalbetrieb nichtleitend sein. Bei fortgesetzter Drehung hat der dritte Peak 46 des Signals 40 (Fig. 3) wieder eine Polarität zum raschen Triggern des SCR T1, um den Kondensator C1 über die Primärspule 14 zu entladen und dadurch ein Hochspannungssignal in der Sekundärwicklung 16 zu induzieren und die Zündung des Motors an der Zündkerze 18 zu initiieren.
Erfindungsgemäß ist die generell mit dem Bezugszeichen 30 versehene Schaltung zwischen die Triggerspule 28 und die Gateelektrode des SCR T1 geschaltet, um die Funktionsweise des Zündsystems im Falle eines Überdrehens des Motors automatisch zu begrenzen oder zu verhindern. Die Schaltung 30 umfaßt einen Widerstand R1, der über die Spule 28 geschaltet ist. Eine Diode D3 ist mit ihrer Anode an den Knotenpunkt zwischen den Spulen 26,28 geschaltet. Ein Kondensator C2 ist zwischen die Kathode der Diode D3 und den Knotenpunkt zwischen der Spule 28 und der Wicklung 14 geschaltet. Ein Paar von Widerständen R2, R3 ist in Reihe über den Kondensator C2 geschaltet, und die Gateelektrode des SCR T1 ist an den Knotenpunkt zwischen den Widerständen R2, R3 geschaltet. Signalsektionen oder Peaks 42/46 (Fig. 3) laden den Kondensator C2 über die Diode D1 auf, die ein Entladen des Kondensators C2 über die Spule 28 oder den Widerstand R1 verhindert. Zwischen diesen Triggersignalen wird der Kondensator C2 über die Widerstände R2, R3 entladen. Solange wie die Motordrehzahl unterhalb einer durch die Werte des Kondensators C2 und der Widerstände R2, R3 festgelegten Schwelle verbleibt, verbleibt ausreichend Zeit nach dem Triggersignal 42, daß sich der Kondensator C2 über die Widerstände R2, R3 entladen kann, bevor ein Signal 44 in der Spule 26 zum Aufladen des Kondensators C1 erzeugt wird. Wenn jedoch die Motordrehzahl diese Schwelle übersteigt, verbleibt eine ausreichende Ladung am Kondensator C2, um den CSR T1 mindestens während des Anfangsabschnittes des Ladungssignales 44 in der Spule 26 so anzusteuern, daß der SCR T1 auf wirksame Weise dieses Ladungssignal kurzschließt und das Aufladen des Kondensators C1 verhindert.
Die Werte für die Widerstände R2, R3 und den Kondensator C2 werden durch die gewünschte Drehzahlbegrenzungsschwelle und durch die mechanische Konstruktion des Schwungrades 20 und Magneten 22, der das Signal 40 erzeugt (Fig. 3), festgelegt. Insbesondere muß die Entladungszeit des Kondensators C2 über die Widerstände R2, R3 geringer sein als die Zeit 48 in Fig. 3 bis zur gewünschten Drehzahlschwelle und etwa der Zeit 48 an der gewünschten Drehzahlschwelle entsprechen. Wenn man beispielsweise annimmt, daß mit einem Schwungraddurchmesser von 90 mm und einer Magnetkonstruktion ein Signal 40 (Fig. 3) mit 36º zwischen den Peaks 42, 44, 46 erzeugt wird, ergeben sich eine SCR-Gatespannung von 0,6 V und eine Peakspannung von 3 V am Kondensator C2. Um eine Drehzahlbegrenzungsschwelle von 9000 UpM zu erhalten, wurden bei einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit diesen Parametern ein Widerstand R2 von 470 Ω, ein Widerstand R2 von 392 Ω und ein Kondensator 12 von 0,47 uF ausgewählt. Die Wicklungseigenschaften der Spulen 12/24 und die Werte der verbleibenden Komponenten im System 10 (Fig. 1) wurden in üblicher Weise ausgewählt, um die gewünschten Eigenschaften während eines Normalbetriebes zu erreichen.
Die Funktionsweise ist in Fig. 2 dargestellt, bei der es sich um ein Diagramm handelt, das die Spannung VA am Knotenpunkt der Widerstände R2, R3 auf einer gemeinsamen Zeitbasis mit der Spannung VB über den Kondensator C1 zeigt. Während des Normalbetriebes besitzt das von der Triggerspule 28 an den Kondensator C2 gelegte Anfangssignal 32 ausreichend Zeit, um sich unter die SCR-Triggerschwelle 34 zu entladen, bevor das Ladungssignal 36 an den Kondensator C1 gelegt wird. Die Spannung VB am Kondensator C1 steigt somit auf ihren maximalen Pegel an, wie bei 36 gezeigt, und entlädt sich rasch durch den SCR T1 und die Primärwicklung 14, wenn die durch das nachfolgende Triggersignal 37 verursachte Spannung am Kondensator C2 wiederum die SCR- Triggerschwelle 34 erreicht. Wenn die Motordrehzahl übermäßig groß ist, besitzt die Spannung 32 am Kondensator 28 keine Gelegenheit, sich unter die Schwelle 34 zu entladen, bevor das nächste Ladungssignal 39 auftritt. Wie bei 38 gezeigt, wird somit der SCR T1 in einen leitenden Zustand geschaltet, um das Ladungssignal 39 auf wirksame Weise kurzzuschließen und ein Aufladen des Kondensators C1 zu verhindern. Der Widerstand R1 (d. h. 75 Ω) belastet die Triggerspule 28, um die Amplitudenempfindlichkeit der Impulse 42,46 (Fig. 3) gegenüber der Luftspalteinstellung zwischen dem Schwungradmagneten 22 und dem Kern der Spuleneinheit 24 zu verringern.
Ein in Fig. 1 dargestelltes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Übergangsband von Frequenzen existiert, während dem der Zündbetrieb begrenzt, jedoch nicht vollständig verhindert wird, indem eine Zündung des Motors bei abwechselnden Leistungshüben ermöglicht wird. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet der Motor beispielsweise unter etwa 9.000 UpM normal, setzt abwechselnd zwischen etwa 9.000 und 9.300 UpM mit der Zündung aus und stoppt den Zündbetrieb vollständig bei Drehzahlen von mehr als etwa 9.300 UpM. Es wird somit ein begrenztes Überdrehen zwischen der oberen Schwelle von 9.300 UpM und der unteren Schwelle von 9.000 UpM zugelassen, was sich gegenüber dem vollständigen Verhindern eines Motorbetriebes über der höheren Schwelle unterscheidet. Das System kehrt automatisch in den Normalbetrieb zurück, sobald die Motordrehzahl unter die untere Drehzahlschwelle gefallen ist, ohne daß ein manueller Rücksetzschalter o. ä. betätigt werden muß.
Erfindungsgemäß wird somit ein Kondensatorentladungs- Zündsystem für einen Motor zur Verfügung gestellt, mit dem sämtliche vorstehend angegebenen Ziele in vollem Umfang erreicht werden. Die Schaltungskomponenten können so ausgewählt werden, daß eine Begrenzung des Überdrehens bei jeder beliebigen Drehzahl erreicht wird. Die Erfindung kann mit geringen Kosten bei allen Zweitakt- oder Viertaktmotoren und Einzylinder- oder Mehrzylindermotoren verwirklicht werden. Sie kann bei Zündsystemen mit separaten Ladungs- und Triggerspulen realisiert werden, bei denen die Ladungs- und Triggerspulensektionen einen Teil einer einzigen Spule an einem einzigen Kern bilden oder bei denen die Triggerspule als Teil der Ladungsspule oder Primärwicklung der Zündspule ausgebildet ist.

Claims

1. Kondensatorentladungs-Zündsystem (10) für eine Brennkraftmaschine, welches aufweist:

Zündspulenmittel (12) mit einer Primärwicklung (14) und einer Sekundärwicklung (16) zum Anschluss an Zündmitteln (18) der Brennkraftmaschine,

einen Zündladungs-Speicherkondensator (C1), der mit der Primärwicklung verbunden ist,

elektronische Schaltmittel (T1) mit primären stromleitenden Elektroden in einem Schaltkreis mit dem Zündladungs-Speicherkondensator und der Primärwicklung, und mit einer Steuerelektrode, die auf Triggersignale (VA) anspricht, um den Zündladungs-Speicherkondensator so anzuschließen, dass er durch die Primärwicklung entladen wird,

Ladungs-/Trigger-Spulenmittel (24) zum Erzeugen periodischer Signale synchron zum Betrieb der Brennkraftmaschine, welche Ladungsspulenmittel (26) zum Erzeugen von Signalenergie zwecks Aufladung des Zündladungs-Speicherkondensators und Triggerspulenmittel (28) zum Erzeugen des Triggersignales umfassen, und

Drehbegrenzungsmittel (R2, R3, C2), die mit den Triggerspulenmitteln und der Steuerelektrode verbunden sind, um das Triggersignal an der Steuerelektrode aufrechtzuerhalten und dadurch eine Aufladung des Zündladungs-Speicherkondensators zu verhindern, wenn die Frequenz der Triggersignale oberhalb eines ersten Schwellenwertes liegt,

dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlbegrenzungsmittel (R2, R3, C2) so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie die Aufladung des Zündladungs-Speicherkondensators (C1) begrenzen, wenn die Frequenz der Triggersignale zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, liegt, wodurch ein Frequenzband der Triggersignale gebildet wird, während dem der Zündvorgang durch Ermöglichen einer Zündung bei abwechselnden Leistungshüben eingeschränkt, jedoch nicht vollständig unterbunden wird.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Drehzahlbegrenzungsmittel (R2, R3, C2) aufweisen: zweite Ladungsspeichermittel (C2), die mit den Triggerspulenmitteln (28) verbunden sind, Spannungsentladungsmittel (R2, R3), die mit den zweiten Speichermitteln verbunden sind, und Mittel, die die Steuerelektrode mit den Entladungsmitteln verbinden.

3. System nach Anspruch 2, bei dem die Ladungs-/Trigger-Spulenmittel (24) so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie eines der Ladungssignale (44) und zwei der Triggersignale (42, 46) erzeugen, die dem Ladungssignal bei jedem Betriebszyklus der Brennkraftmaschine vor- und nacheilen.