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Elektronische thyristor gesteuerte Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Zündvorrichtung für
gemischverdichtende Brennkraftmaschinen mit synchron angetriebenem Wechselstromgenerator
zur Stromversorgung, vorzugsweise Schwungradmagnetgenerator, wobei ein gesteuertes
Halbleiterbauelement, wie z. B. ein Thyristor, die Generatorspannung mittels eines
induktiv erzeugten Generatorsteuerimpulses über einen Zündtransformator entlädt.
Sie wird nachstehend in ihrer Anwendung an einem Einzylindermotor eines Mopeds erläutert,
der ein Magnetschwungrad aufweist, wobei es selbstverständlich ist, daß dieses durch
einen beliebigen Generator ersetzt werden könnte, der den Zündstrom liefert.
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. Ein Magnetschwungrad besteht aus einem Rotor mit Magneten
und deren Polstücken und einem Stator, auf dem die Zündspulen befestigt sind und
gegebenenfalls die Beleuchtungsspulen, wenn es sich um einen Fahrzeugmotor handelt.
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# Die Energie 1/2 L 12, die im Selbsterreger-Primärstromkreis L im
Kurzschluß im Unterbrecher gespeichert ist, wird plötzlich bei dessen öffnen frei
und überträgt sich in die Primärwicklung der Zündspule, wodurch auf diese Weise
eine schnelle V
> eränderung des Flusses in derselben hervorgerufen wird,
der eine hohe Spannung in deren Sekundärwicklung induziert. Die öffnung der Kontaktstücke
oder Schrauben des Unterbrechers, der im Magnetschwungrad eingebaut ist, muß erfolgen,
wenn die Intensität im
kannt, die zwar keinen mechanischen Unterbrecher mehr benutzt, aber einer besonderen
Steuerspule bedarf. Außerdem handelt es sich bei dieser Vorrichtung nicht um eine
solche mit kapazitiver Entladung. Es kann also nicht die Energiespeicherung erreicht
werden wie bei einer Kondensatorzündschaltung, die zur Erlangung eines kräftigen
Zündfunkens notwendig ist.
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Schließlich ist noch eine andere derartige Zündvorrichtung bekannt,
die mit Gleichstrom gespeist wird, wozu eine besondere Batterie vorgesehen ist.
Diese Vorrichtung bedarf demgemäß notwendigerweise eines Umformers, der die Schaltung
entsprechend kompliziert und verteuert. Eine derartige Zündvorrichtung ist wohl
für Automobilmotoren geeignet, bei welchen üblicherweise sowieso eine Akkumulatorenbatterie
als Stromquelle zur Verfügung steht. Die Erfindung befaßt sich aber vorzugsweise
mit einer Zündvorrichtung für kleine Motoren, z. B. von Mopeds, wo als einzige Stromquelle
der Schwungradmagnetgenerator zur Verfügung steht.
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Zur Abstellung der aufgezeigten Unzuträglichkeiten wird erfindungsgemäß,
ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung, vorgeschlagen, in einer an
sich bekannten Kondensatorzündschältung mit Thyristor die Steuerspannung des Thyratron-Thyristors
an einem Zwischenabgriff der Wechselstromgeneratorwicklung abzunehmen und die Entladung
des
Ladekondensators jeweils in der Phasenlaue vorzunehmen, bei der-die positive sinusförmige
Spannung C des Wechselstromgenerators den höchsten Wert erreicht.
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Diese Zündvorrichtung enthält also kein bewegliches mechanisches örgän#
mehr, das zeitweiliger Kontrollen und, Einstellungen _bedarf, sie erreicht weiterhin
gegenüber den vorbekannten Vorrichtungen ohne mechanische Teile ein Maximum an Einfachheit
und damit, Billigkeit und Betriebssicherheit. Sie kann als kompakte Einheit
geringen Platzbedarfs hergestellt und demgemäß bequem in dem sie schützenden Magnetschwungrad
untergebracht werden.
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Es ist bekannt, daß, eine gesteuerte Diode in Ruhestellung nichtleitend
ist. Wenn ein positiver Impuls bestimmter Schwingungsweite auf ihre Steuerelektrode
zur Einwirkung gebracht wird, dann läßt diese Diode den Strom in der Richtung Anode-Kathode
hindurchtreten'. Im Falle der Montage der gesteuerten Diode in einem Wechselstromkreis
sperrt diese, wenn die Spannung der Kathode höher wird als die der Anode, wodurch
auf diese Weise die gesteuerte Diode in den Ruhezustand zurückgeführt wird.
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Die Einwirkung im gewünschten Augenblick eines Impulses auf die Steuerelektrode
gestattet es demgemäß, eine schnelle Impedanzveränderung des Primärstromkreises
der Zündspule zu erzielen, wodurch im Sekundärstromkreis die für die Zündung notwendige
hohe Spannung induziert wird. Die gesteuerte Diode kann zu diesem Zweck mit einem
Impulsaufnehmer beliebigen Typs kombiniert werden. Dieser Impuls kann auch von einer
vorhandenen Spule abgenommen werden, beispielsweise der Beleuchtungsspule, die sich
normalerweise im Magnetschwungrad eines Mopeds befindet.
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Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe
erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der schematischen
Zeichnungen.
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F i g. 1 zeigt die klassische Anordnung einer Zündvorrichtung
mit Magnetschwungscheibe und Unterbrecher; F i g. 2 zeigt das elektrische
Schaltbild derselben; F i g. 3 ist das elektrische Schaltbild einer bevorzugten
Ausführungsfo.rm einer kapazitiven Schaltung; F i g. 4 zeigt eine Vorderansicht
einer automatischen Vorverstelle - inrichtung der Zündung, die bei der Erfindung
anwendbar ist; F i g. 5 ist ein Schnitt durch die Einrichtung nach Fig,4;
F i g. 6, 7 und 8 sind erläuternde graphische Darstellungen.
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Der Rotor der Magnetschwungscheibe, der teilweise und scheinati#cli
dargestellt ist, ist mit 1 bezeichnet und der St tor -mit 2.
3 sind die Magnete mit ihren Polstücken, 4 sind die Erregerwicklungen der
Zündspule, 5 der Kondensator, 6 der Unterbrecher, dessen Koniaktstücke
mit 7 und 8 bezeichnet sind. Sein Nockeiifolgeorgan 9 arbeitet
mit dem Nocken 10 zusammen, um den Niederspannungsstromkreis 11 zu
unterbrechen, in dem die Primärwicklung 12 der Zündspule 13 liegt, deren
Sekundärwicklung 14 mit- dem Zündkabel 15 der Kerze 16
verbunden ist.
Die Wicklung 4, der Kondensator 5,
die Zündspule 13 u#ä die Kerze
16 haben einen gemeinsamen übergangspunkt an Masse. Das elektrische Schaltbild
dieser klassischen Anordnung ist in F i g. 2 wiedergegeben, F i
g. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Auslösung der
gesteuerten Diode mit Hilfe eines Abgriffs 23 an der Erregerwicklung 4 erfolgt,
wodurch eine Spannung geliefert wird, deren -Maximalwert genau der Spannung an der
Auslöseschwelle der gesteuerten Diode entspricht, wobei dieser Maximalwert synchron
mit der Maximalspannung ist, die von der Magnetschwungscheibe geliefert wird. Die
gesteuerte Diode 20 wird in diesem Augenblick ausgelöst und wird im Moment der Umkehrung
der Spannung stromlos. Im Falle einer zweipoligen Magnetschwungscheibe ergibt sich
demgemäß ein Funken je Umdrehung.
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Wenn die Magnetschwungscheibe mit einer Spule ausgerüstet ist, die
den notwendigen Wechselstrom für die Beleuchtung des Fahrzeuges liefert, wobei diese
Spule um 180' gegenüber der Erregerspule 4 versetzt ist, kann sie vorteilhafterweise
unter den Bedingungen verwendet werden, wie sie in F i g. 3 dargestellt sind.
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Im Stromkreis der Steuerelektrode der Diode ist einerseits ein Widerstand
24 in Serie und ein Kondensator 25 parallel geschaltet, so daß die Amplitude
geregelt wird, und außerdem eine Diode 26, die den Zweck hat, die umgekehrte
Spannung auszuschalten.
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Bei der dargestellten Vorrichtung ist der Zündpunkt fest und wird
einzig und allein durch die winkelmäßige Verschiebung der Magnetschwungscheibe
bestimmt. Eine selbsttätige Vorverstellung der Zündung kann in sehr einfacher
Weise erreicht werden, indem mit Hilfe einer Zentrifugalvorrichtung die zum Impulsaufnehmer
21 gehörende ferromagnetische Masse 22 verschoben wird. Eine derartige Vorrichtung
ist in F i g. 4 und 5 dargestellt. Am Rotor 1 ist eine gebogene
Federklinge 30 befestigt, deren freies Ende eine ferromagnetische Masse
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trägt, die bei Stillstand die Stellung einnimmt, die in vollen Strichen
gezeigt ist, aber unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft die gestrichelt gezeigte
Endstellung einnimmt. Diese entspricht einer winkelmäßigen Verschiebung a dieser
Masse, die die gewünschte Zündvorverstellung ergibt.
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Es könnte auch durch analoge Mittel eine Zündrückverstellung erfolgen,
um eine selbsttätige Beschränkung der Drehgeschwindigkeit des Motors zu erzielen,
wie dies vom Erfinder bereits früher vorgeschlagen wurde.
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In den F i g. 6, 7 und 8, die gemeinsam betrachtet werden
müssen, stellt F i g. 6 die Spannungsveränderung des Stromes dar, der von
der Erregerwicklung geliefert wird, und F i g. 7 gibt die entsprechenden
Spannungsveränderungen wieder, die im elektromagnetischen Impulsaufnehmer erzeugt
werden. N-N ist die Spannungshöhe, die für die Auslösung der Diode 20 notwendig
ist. F i g. 8 zeigt unter den gleichen Umständen wie F i g. 6 die
Spannungsveränderung des Stromes, der von der Erregerwicklung abgenommen wird, beispielsweise
am Punkt 23 der Fig. 3.
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F i g. 6 und 7, aneinander angenähert, zeigen sehr wohl,
daß die Veränderung des Zündpunktes nur zwischen zwei Punkten P, und P2 liegen kann,
was einer minimalen Amplitude entspricht, wodurch die Energie ausgedrückt wird,
die für die Zündung notwendig ist. Dieser Parameter bestimmt den winkelmäßigen Spielraum,
der für die selbsttätige Zündvorverstellung oder Nachverstellung zur Verfügung steht
und
demgemäß, wie das in F i g. 7 gezeigt ist, die Zone A, in der die
Auslöseimpulse des Impulsaufnehmers geliefert werden können.
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In F i g. 7 ist gezeigt, daß die Steilheit der Kurve, die den
vom Impulsaufnehmer gelieferten Impuls ausdrückt, so ist, daß der Zündpunkt mit
Genauigkeit festgelegt wird und sich wenig im Falle einer Veränderung des Wertes
dieses Impulses ändern würde (was der Fall ist, wenn sich die Anzahl der Umdrehungen
des Rotors verändert).
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F i g. 8 zeigt schließlich, daß die Kurve der Steuerspannung,
die von einer Wicklung am Abnahmepunkt 23 geliefert wird, notwendigerweise
zwischen den Punkten P, und P2 die Gerade N-N schneiden muß, die die Spannungshöhe
darstellt, die für das Auslösen der Diode 20 notwendig ist.
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Die Erfindung ist selbstverständlich auf alle Motoren mit elektrischer
Zündung, Zweitakter und Viertakter, Ein- und Mehrzylinder anwendbar. Sie ist nicht
auf diejenigen Motoren beschränkt, deren Zündung durch Magnetschwungscheiben sichergestellt
wird, obwohl die vorstehende Beschreibung zur Vereinfachung sich auf diese besondere
Zündungsart bezogen hat. Die Erfindung ist ganz besonders wichtig für Motoren, die
durch eine Wechselstromeinrichtung gezündet werden, was es gestattet, die gesteuerte
Diode leicht auszulösen.
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Je nach Lage der Fälle könnte die Anzahl der Pole der Magnetschwungscheibe
verändert werden oder allgemeiner des Generators, der den Zündstrom liefert, und
die Schwungscheibe könnte entweder auf der Kurbelwelle oder bei Viertaktmotoren
auf der Nockenwelle aufgekeilt werden. In dem besonderen Falle einer beispielsweise
dreipoligen Schwungscheibe liefert die einen elektromagnetischen Impulsaufnehmer
benutzende Vorrichtung einen Funken je Umdrehung, während man zwei Funken
je Umdrehung erhält, wenn die Auslösung der gesteuerten Diode durch den Erregerrotor
oder durch die Zündspule sichergestellt wird.
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In der Praxis stellt übrigens ein zusätzlicher Funken je Umdrehung,
der nicht mit der Kompressionszeit zusammenfällt, keinerlei Nachteile dar.
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Lediglich als Beispiel sei erwähnt, daß die Erfindung ganz besonders
für stationäre Motoren, landwirtschaftliche Motoren, Schiffsmaschinen, für alle
Motoren von Kraftfahrzeugen und ganz besonders bei Zweitaktmotoren in Mopeds verwendet
werden kann, und zwar wegen der sehr großen baulichen Einfachheit, dem geringen
Bedarf an Platz und der Funktionssicherheit, die durch die Einrichtung sichergestellt
wird, wodurch es auf diese Weise möglich wird, den Selbstkostenpreis dieser kleinen
Motoren zu senken, die dazu bestimmt sind, von einem Benutzerkreis verwendet zu
werden, für den das Wegfallen jeglicher Instandhaltung einen äußerst wichtigen Punkt
darstellt.
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Was Schiffsmotoren anbetrifft, bietet die Erfindung einen besonderen
Vorteil, denn die ganze Einrichtung kann in einem wasserdichten Isoliermittel untergebracht
werden, beispielsweise in Araldit.