DE1539198A1 - Transistorisierte Zuendanlage fuer Brennkraftmaschinen,insbesondere von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Transistorisierte Zündanlage für Brennkraftmaschinen, insbe

sondere von Kraftfahrzeugen

Die Erfindung "betrifft eine transistorisierte Zündanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit kontaktloser Steuerung eines den Primärstrom der Zündspule schaltenden Leistungstransistors durch einen von der Brennkraftmaschine antreibbaren elektromechanischen Generator, ■dessen den Leistungstransistor beim Erreichen einer bestimmten Umsehaltspannung steuernde Spannungsimpulse in einem bestimmten "Verhältnis zur Drehzahl der Brennkraftmaschine an Grosse zunehmen (Bussien, Automobiltechn. Taschenbuch, 18. Auflage 1965, Ed.1, Seiten 422-425). '

Bei allen bekannten Zündanlagen für Brennkraftmaschinen, einschließlich der neuerlich auf'dem Markt befindlichen trän- ■ sistorisierten Zündanlagen ist der Schließwinkel., d.h. der mechanische Drehwinkel der Maschine, während welchem die Zündspule von der Fahrzeugbatterie her mit elektromagnetischer Energie aufgeladen wird, unabhängig von der Drehzahl der Haschine konstant. Der Schließwinkel muss sich folglich bei .diesen Anlagen nach dem höchsten Drehzahlbereich der Maschine 'richten, wenn der Primärwicklung der Zündspule zwecks Erzielung ausreichender Zündspannungen stets in genügendem Maße Energie

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zugeführt werden soll. Bei niedrigen Maschinendrehzahlen wird der Primärwicklung der Zündspule folglich über einen viel längeren Zeitraum als erforderlich Strom zugeführt, so dass ein Teil der zur Zündspule fließenden elektrischen Energie nutzlos vergeudet wird".

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu'beseitigen und eine Zündanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welbher der Schließwinkel derart selbständig verändert wird, daß bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, insbesondere Leerlauf, die Aufladung der Zündspule auf das gerade erforderliche Maß an elektromagnetischer Energie für eine sichere Zündung beschränkt ist und trotzdem auch bei hohen Drehzahlen stets die erforderliche Zündenergie zur Verfügung steht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der .' _: -. magnetische Kreis des Generators so ausgebildet ist, dass der den Leistungstransistor einschaltende Teil jedes Spannungsimpulses einen im Bereich der Umschaltspannung liegenden Abschni7t mit verhältnismässig geringer Augenblickswertänderung aufweist,

Zweckmässig ist dabei der Generator so ausgebildet, dass die Umschaltspannung nur hinauf bis zu einer bestimmten mittleren. Drehzahl der Brennkraftmaschine im Bereich·des Abschnittes mit geringer Augenblickswertänderung der Spannung und bei allen darüberliegenden Drehzahlen in einem Bereich mit grosser Augenblickswertänderung der Spannung liegt. Bei einer solchen Ausbildung nimmt der Schließwinkel vom Leerlauf bis zu einer bestimmten Drehzahl im mittleren Bereich zu und bleibt dann im wesentlichen konstant. Bei niedrigen Maschinendrehzahlen bis hinauf zu cder vorbestimmten Drehzahl kann der Schließwinkel so gross bemessen werden, dass die Zündspule gerade ausreichend mit Energie versorgt wird, um den erforderlichen Betrag an Zündenergie zu speichern. Als Ergebnis dieser Maßnahme wird

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der Durchschnittsstromverbrauch gegenüber den bekannten Zündsystemen,'bei denen der-Schließwinkel im wesentlichen konstant ist, erheblich herabgesetzt. Oberhalb der vorbestimmten Drehzahl ist de'r Schließwinkel konstant mit einem Wert, wie er ■üblicherweise den bekannten Zündanlagen entspricht, wobei die Zündspule in ausreichendem Umfange mit elektrischer Energie zur Erzeugung genügend hoher Zündspannungen versorgt .wird.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist der Leistungstransistor von dem Generator über einen Steuertransistor steuerbar, welcher sich in leitendem Zustand befindet,-wenn der Leistungstransistor dem Primärstrom der Zündspule unterbricht, und welcher vom Generator beim Überschreiten der Umschalt spannung in seinen den Leistungstransistor einschaltenden nichtleitenden Zustand umschaltbar ist.

Der Steuertransistor ist zu diesem Zwecke in grundsätzlich bekannter Weise an seiner Basis negativ vorgespannt, und der Generator gibt bei seiner· Drehung Spannungsimpulse mit einer Wellenform ab, die am Anfang sehr flach ansteigt und dann während des letzten Abschnittes des Spannungsanstieges schlagartig aieh- in eine Wellenform mit steilem Anstieg und kurzer' Anstiegszeit übergeht . Als Folge hiervon wird die Vorspannung des Steuertransist.ors bei niedrigen Drehzahlen, wenn der elektromechanische Generator eine niedrige Spannung erzeugt, erst überwunden, nachdem ein beträchtlicher Drehwinkel der Maschine und des elektromechanischen Generators, vom ÜTullwert der Welle ab gerechnet, zurückgelegt ist. Der Steuertransistor wird dann in seinen leitenden Zustand umgeschaltet, und der zur Steuerung des Energieflusses in die Primärwicklung der Zündspule dienende Leistungstransis'tor wird eingeschaltet, wenn der Augenblickswert der Spannung unter die Vorspannung des Steuertransistors absinkt. Als Folge hiervon wird die Primärwicklung der Zündspule bei niedriger Masehinendrehzahl nur über einen kurzen Drehwinkel der Maschine und des Generators erregt* Wenn die Masehinendrehzahl und die Drehzahl des Generator;

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ansteigen, nimmt auch die Ausgangsspannung des Generators zu und hebt die negative Vorspannung des Steuertransistors früher auf. Hierdurch wird der Schließwinkel vergrössert, wobei die Vergrösserung in einem bestimmten Verhältnis zur Maschinendlrehzahl bis hinauf zu jener vorbestimmten Drehzahl erfolgt, bei welcher, infolge des anfänglich steilen Anstiegs der Impulsspannung, der Schließwinkel nicht mehr langer zunimmt, wenn die Maschinendrehzahl weiter ansteigt.

Die Erfindung schafft somit ein Zündsystem, bei welchem die Primärwicklung der Zündspule unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eine ausreichende Menge an elektrischer Energie erhält.· Gleichzeitig spart dieses System elektrische Energie in den unteren Drehzahlbereichen derMaschine ein, in welchen die Primärwicklung der Zündspule nur über einen kleinen Drehwinkel der Maschine und des Generators erregt zu'werden braucht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es · zeigen :

- ι ■

Pig. 1 in einem Diagramm' den zeitlichen Anstieg des Primärstromes der Zündspule in Prozenten der maximalen Stromaufnahme,

Pig. 2 in einem Diagramm über der Maschinendrehzahl

als Kurve A den tatsächlich erreichbaren Endwert des Primärstromes in Prozenten der maximalen Stromaufnahme bei einem konstanten Schließwinkel von beispielsweise 28° für eine Achtzylinderi maschine und als Kurve B den Schließwinkel in ! I Winkelgraden, wie er notwendig ist, um einen"

Stromanstieg in der Zündspule auf hundert Prozent sicherzustellen, '

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Pig. 3 in einem Diagramm über der Maschinendrehzahl der Kurve C den Mittelwert des aufgenommenen Primärstromes bei einem konstanten Schließwinkel von 28 und als Kurve D den Mittelwert des Primärstromes für den Pail, dass der Schließwinkel stets gerade gross genug gehalten wird, um einen Stromanstieg auf hundert Prozent der maximalen Stromaufnahme zu gewährleisten,

Pig. 4 in einem Diagramm die Ausgangsspannung des elektromechanischen Generators nach der Erfindung, aufgetragen über dem Drehwinkel des Zündverteilers,

Pig. 5 einen Wirkschaltplan für die erfindungsgemässe Zündanlage,

Pig* 6 einen Axialschnitt durch den in einem Gehäuse vereinigten elektromechanischen Generator und den Zündverteiler,

Pig. 7 eine Draufsicht auf den Generator bei abgenommenem Zündverteiler mit teilweiser Schnittdarstellung des Unterdruckreglers und dein Pliehkraftregler,

Pig. 8 in perspektivischer AnsiGht nach Linie 8-8 in Pig. 7 einen Teil des Generatorankers mit einem umlaufenden Zahn, · ■

Pig. 9 in vergrösserter Darstellung einen Querschnitt durch den elektromechanischen Generator im Bereich der feststehenden und umlaufenden Zähne,

Pig.10 einen Schnitt durch den Generator nach Linie " 10-10 in Pig. 9, wobei Einzelteile teilweise ungeschnitten dargestellt sind.

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In dem Diagramm nach Fig. 1 ist das Ansteigen des Primärstromes in der Zündspule in Prozenten über der Zeit bei einem herkömmlichen Zündsystem aufgetragen. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass zur Erzielung eines hundertprozentigen Stromaufbaues in der Primärwicklung einer typischen Zündspule angenähert fünf !Millisekunden erforderlich sind. In Zündsystemen, in denen i

der Schließwinkel, d.h. der mechanische Drehwinkel der .Antriebsmaschine bzw. des Zündverteilers, über welchen Strom durch die Primärwicklung der Zündspule fließt,konstant ist, kann bei niedrigen Drehzahlen die tatsächliche Erregungszeit der Zündspule ein Vielfaches des Wertes betragen, der erforderlich wäre, um einen hundertprozentigen Stromaufbau zu gewährleisten.

ι In dem Diagramm nach Pig. 2 zeigt die im wesentlichen horizontal liegende Kurve A den Verlauf des Primärstromes in der Zündspule in Prozenten gegenüber der maximalen Stromaufnahme bei einer normalen Achtzylindermaschine, aufgetragen über deren Drehzahl, jeweils in dem Augenblick, in welchem der Strom in der Primärwicklung unterbrochen wird. Die zweite etwa um 45° geneigte Kurve B zeigt, ebenfalls als Punktion der Ivlaschinendrehzahl> den Schließv/inkel der Zündspule in'Winkelgraden der Zündverteilerdrehung, wie er bis zum Aufbau des hundertprozentigen Primärstromes erforderlich ist. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, brauchte der erforderliche Schließv/inkel bei einer niedrigen Drehzahl von beispielsweise 400 U/m im Leerlauf mit einem Verteiler, der in V/irklichkeit einen konstanten Schließwinkel von 28° besitzt, nur 5° zu betragen,und bei 1200 U/m würden .bei einem gleichen Zündverteiler mit 28° wirklichem Schließwinkel nur 1.7° benötigt. Bei geringen Maschinendrehzahlen brauchte also der Schließwinkel nur einen Bruchteil desjenigen V/ertes zu betragen, der für höhere Maschinendrehzahlen erforderlich ist, wobei der eigentlich erforderliche Schließwinkel im wesentlichen proportional mit der Maschinendrehzahl bis hinauf zu einem bestimmten Drehzahlwert ansteigt.

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In dem Diagramm nach Fig. 3 ist der Mittelwert des Primärstromes in der Zündspule in Amperes über der Maschinendrehzahl aufgetragen. Die im wesentlichen horizontal verlaufende Kurve G zeigt die Stromaufnahme bei einem konstanten Schließwinkel von 28°, wie sie "bei einem gewöhnlichen Zündverteiler einer Achtzylindermaschine gegeben ist, während die um 45 geneigte Linie die Stromaufnahme wiedergibt, wenn der Schließwinkel gerade so'gross gehalten wird, dass ein Stromanstieg auf hundert Prozent in der Primärwicklung der Zündspule sichergestellt wird.

Aus den drei Diagrammen geht hervor, dass optimale Verhältnisse dann erreicht werden, wenn bei niedrigen Maschinendrehzahlen der Schließwinkel im wesentlichen proportional mit der Maschinendrehzahl ansteigt und dann bei höheren Drehzahlen auf !einem konstanten Y/ert gehalten wird. Der Übergang vom veränderlichen Sehließwinkel zum konstanten Schließwinkel sollte zweckmässig bei derjenigen Maschinendrehzahl liegen, die durch den Schnittpunkt der beiden Kurven nach Fig. 3 gegeben ist, also beispielsweise bei 2000 U/m. Eine solche Bemessung hat den Vorteil eines minimalen Stromverbrauches im Bereich niedriger Maschinendrehzahlen, während andererseits bei allen Maschinendrehzahlen in ausreichendem Maße elektrische Energie in die Zündspule gelangt, um die erforderlichen hohen Spannungen für eine sichere Zündung zu erzeugen.

Bei der Erfindung wird zur Schaffung einer Zündanlage mit veränderlichem Schließwinkel, der als Funktion der Maschinendrehzahl im unteren Drehzahlbereich ansteigt, ein elektromechanischer Generator verwendet. Ab einer bestimmten Drehzahl im mittleren Drehzahlbereich der Maschine bleibt der Schließwinkel im wesentlichen konstant. Abhängig von der jeweiligen Zündanlage und der Brennkraftmaschine soll dieser Übergang etwa in der Mitte des gesamten Drehzahlbereichs, beispielsweise bei 2000 U/m liegen.

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Die elektrische Schaltung einer derartigen Zündanlage, in welcher der Erfindungsgedanken verwirklicht werden kann, ist in Pig. als Eeispiel dargestellt. Eine Zündspule 10 hat eine Sekundärwicklung 11, an welche Zündkerzen 12 über einen Zündverteiler angeschlossen sind. Der Zündverteiler 12 weist einen rotierenden Verteilerläufer 14 auf, mittels welchem die Zündkerzen 12 nacheinander mit der Sekundärwicklung 11 in Synchronismus, mit der"Brennkraftmaschine verbunden werden.

Die Primärwicklung 15 der Zündspule 10 wird von einer als Stromquelle dienenden Batterie 16 über einen zwischen die Batterie 16 und die Primärwicklung 15 eingeschalteten Schaltrtransistor 1.7 erregt.. Hierzu ist die positive Klemme 21 der Batterie über Leitungen 23 und 24, den beweglichen Kontakt 25 •des Zündschalters 26, dessen festen Kontakt 27, eine leitung 28, einen Belastungswiderstand 29 eine Leitung 30, einen Widerstand 31 und eine Leitung 32 mit dem Emitter 22 des Schalttransistors 17 verbunden. Der Kollektor 33 des Transistors 17 steht über eine Leitung 34 und einen Widerstand 41 mit der Primärwicklung der Zündspule 10 in Verbindung. ■ ■

Der Schalttransistor 17 wird durch einen Vorspannkreis 42 gesteuert, v/elcher einen zweiten Transistor 43 mit einem an die Basis 45 des Schalttransistors 17 über eine Diode .46 verbundenen Emitter 44 aufweist. Der Kollektor 47 des Transistors 43 ist über einen Basisstrombegrenzungswiderstand 49 an Masse angeschlossen. Der Emitter 22 und die Basis 45 des Schalttransistors 17 sind über einen Y/iderstand 51 miteinander verbünden.'

Von der Basis 52 des Transistors 43 führt eine Leitung 55 . izu dem Kollektor 53 eines dritten Transistors 54 und liegt ausserdem über einen Έiderstand 56 an Masse. Der Emitter 57 ,des Transistors 54 ist über einen Widerstand 58 an die Leitung angeschlossen.

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Von der Basis 60 des Transistors 54 führt eine Leitung 61 '.-'■zur Klemme "62 der ringförmigen Ausgangswicklung eines elektromechanischen Generators 64. Die andere Klemme 65 der Ausgangswieklung 63 ist an eine Verzweigungsklemme 66 zwischen einem Widerstand 67-und der Kathode 68 eines Gleichrichters 69 angeschlossen. Die Anode- 71 des Gleichrichters 69 ist mit einer Verzweigungsklemme 72 verbunden, an diel ein Widerstand 73 angeschlossen ist, dessen anderes" Ende!mit der Leitung 30 verbunden ist. Ein weiterer Widerstand 74 liegt zwischen der Verzweigungsklemme 72 · · und einer Verzweigungsklemme 75, während ein dritter Widerstand 76 mittels einer Leitung 77 zwischen die Verzweigungsklemme' 75 und eine Verzweigungsklemme 78 vor der Basis 60 des Transistors 54 angeschlossen ist. Von der Klemme 78 zweigt über einen Rücklcapplungswid erst and 81 eine Leitung 82 zur Leitung 34 ab. Die Verzweigungsklemme 75 ist über eine Leitung 83 an Masse angeschlossen.

Der Zündverteiler 13 und der elektromechanische Generator 64 besitzen gemäss der Darstellung in den Figuren 6 bis 10 ein gemeinsames Gehäuse 113, das in bekannter Weise an der Brennkraftmaschine 'angebracht wird. Das Gehäuse 113 hat die /übliche Form und kann von einem herkömmlichen Verteiler für eine Brennkraftmaschine übernommen werden. Innerhalb des Gehäuses 113 befindet sieh ein langgestrecktes Lager 114 für die Verteilerwelle 115, die ausserdem bei 116 unmittelbar im Verteilergehäuse gelagert ist.

Auf der Verteilerwelle 115 ist mit Hilfe von Querstiften 118 und 121 ein Zahnradritzel 117zum Antrieb durch ein rotierendes Teil der Brennkraftmaschine befestigt, so dass das Zahnritzel in Synchronismus mit dem Arbeitsablauf der Maschine dreht.

Der elektromechanische Generator 64 hat einen feststehenden Teil •122 mit einem koaxial zur Verteilerwelle 115 angeordneten ring-

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=förmigen Permanentmagneten 123 aus Bariumtitanit. In radialem ATdstand zum Permanentmagneten 123 ist ein-:- ringförmiger Leiter für den magnetischen Fluss angebracht, der aus irgendeinem geeignet enl'fefromagnetischen Material "besteht. Die radial ausserhalb des Leiters 124 befindliehe ringförmige Ausgangswicklung ist in einem Spulenkörper 126 aus Kunststoff eingebettet, der den Leiter 124 von der ringförmigen Ausgangswicklung 63 trennt und auf Abstand hält. Die drei ringförmigen Elemente, nämlich der Permanentmagnet 123, der Kraftflußleiter 124 und die Ausgangswicklung 63 einschließlich dem Spulenkörper 126 sind zwischen einer unteren Platte 131 und einer oberen Platte 132 angeordnet, die beide aus magnetischem Material bestehen. Die beiden Platten 131 und 132 sind zwischen den Schultern 134 und 135 einer Buchse 136 gehalten. Diese Buchse 136 sitzt drehbar auf dem Aussenmantel des. Lagers 114 und kann sich auf diesem begrenzt drehen.

Y/ie aus den 3?ig. 9 und 10 ersichtlich, vreist die untere Platte 131 einen nach 'aufwärts gerichteten Kragen 138 auf, der an seiner Peripherie in gleichmässigen Abständen verteilt eine Anzahl nach aufwärts gerichteter Zähne 141 trägt. Die Anzahl der Zähne 141 entspricht der Anzahl der Zündkerzen der Maschine, nämlich im Ausführungsbeispiel bei einer Brennkraftiaaschine mit acht Zylindern acht- Zündkerzen.- Me obere Platte 132 trägt nach aufwärts gerichtete profilierte Zähne 142, deren Zahl· <jler Anzahl der Zähne 141 und somit der Anzahl der Zylinder und Zündkerzen der Maschine entspricht. Wie ]?ig. 9 und 10-zeigen, sind die Zähne 142 mit Abstand radial innerhalb der Zähne 141 angeordnet und ihre eine Endkante befindet sich jeweils in der Nähe .der entsprechenden Endkante der Zähne 141. . ■

Der rotierende Teil 145 des elektromechanischen Generators 64 weist einen scheibenförmigen. Anker 146 mit einer Anzahl nach abwärts gerichteter profilierter Zähne 147 auf, deren Zahl der Anzahl der Zähne 141 auf der unteren Platte 31 bzw. der Zähne auf der oberen Platte 132 entspricht.

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Der rotierende Teil.145 bzw. der Anker 146 dreht sich mit Bezug auf Pig. 7 und 9 entgegen dem Uhrzeigersinn. In dem in Pig. gezeigten Zustand befindet sich die nacheilende Kante jedes Zahnes 147 in nur geringem Hadialahstand aur nacheilenden Kante eines Zahnes 141, und die vorauseilende Kante jedes Zahnes- 147 hat nur einen geringen Radialahstand aur vorauseilenden Kante.eines .Wahnes 142. Der Luftspalt für den im oberen Teil der Fig. 10 eingezeichneten magnetischen: Fluß, der den ringförmigen Permanentmagneten 123 mit der ringförmigen Aus-, gangs wicklung 63 verbindet, -ist somit sehr klein, während "bei der Drehung.des Ankers 146 in eine Stellung, in welcher die . Zähne 147 zwischen den Zähnen 141 und 142 gemäss der gestrichelten Darstellung im linken Teil der Pig. 9 liegen, der luftspalt in diesem magnetischen Kreis sehr gross ist.

Der ringförmige Permanentmagnet 123 ist in Axialrichtung polarisiert oder magnetisiert, so dass der magnetische Pluß durch den ringförmigen Permanentmagneten 123 und die beiden angrenzenden Platten 131 tmd 13.2 in Pfeilrichtung nach Pig. 10 verläuft. Der ringförmige Leiter 124 für den magnetischen Fluss hat zur oberen Platte 132 einen geringen Abstand, so dass ein kleiner Luftspalt 150 zwischen diesen beiden Teilen gebildet ist.., der zum Zweelie der Verdeutlichung.übertrieben gross gezeichnet ist. Dieser Luftspalt mag grössenordnungsmassig etwa 1,25"mn betragen.. Durch diese Ausbildung ist der magnetische Widerstand für den vom. Permanentmagnet 123 ausgehenden Kraftfluss durch, den Kraftflussleiter 124, die'obere Platte und:die untere Platte 131, wenn sich die Zähne 147 in der in Pig. 9 gestrichelt eingezeichneten Stellung befinden, sehr klein^ im Verhältnis-,zu dem Parallelweg durch die untere Platte 131, den Kragen 138i.;die nach oben gerichteten Zähne.141 der unteren Platte 131, die Zähne 147 des Ankers 146, die nach oben gerichteten Zahne 142 der oberen Platte 132 und diese Platte selbst. - - ' ·

Wenn sich umgekehrt die-Zähne 147 in der in Pig. 9 voll aus ge.- " zogenen Stellung "befinden, ist der Luftspalt in dem magnetischen

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Kreis über die ..Zähne 141, 147 und 142 angenähert gleich oder kleiner als der Luftspalt zwischen dem Kraftflußleiter 124 und der oberen Platte 132, wodurch ein Parallelweg für den Kraftfluss mit einem magnetischen Widerstand geschaffen wird, der im wesent-^ liehen gleich oderkleiner als der magnetische Widerstand für den Kraftfluss durch den ringförmigen Leiter 124 ist, ' Auf diese Weise wird., der Kraftfluss bei der Drehung der Verteilerwelle 115 abwechselnd von nahezu hundert Prozent durch den ringförmigen Kraftflussleiter 124 auf einen Betrag von etwas über fünfzig Prozent innerhalb des durch die Zähne 141,147 und 142 verlaufenden Parallelweges verlagert und umgekehrt. Hierdurch wiederum wird der di.e Ausgangswicklung 63 umfassende Kraftflussanteil des ringförmigen Permanentmagneten 153 abwechselnd vergrössert und verkleinert,' wodurch in der Wicklung 63 eine Ausgangswechsel-spannung erzeugt· wird. , ·

Die vorgenannten Kraftflussv/ege sind aus Pig. 10 ersichtlich, worin der untere Teil den Kraftflussverlauf durch den Leiter 124 z^igt, wenn sich die Zähne 147 in der in Pig. 9 gestrichelt eingezeichneten Stellung befinden, während der obere Teil den Kr aft fluss verlauf wiedergibt, wenn sich die Zähne 147 in. der in Pig. 9 voll ausgezogenen Stellung befinden, in welcher die Zähne.147 die Zahne 141 und 142 nahezu berühren.

Die Zähne Π41 an der unteren Platte 131, die Zähne 142 an der *

oberen Platte 132 und die Zähne 147 an· dem Anker 146 sind vorzugsweise so geformt, dass innerhalb der Wicklung 63 der in Pig. 4 dargestellte wellenförmige Verlauf der Spannung induziert wird,. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, bestehen die Zähne 141 aus im wesentlichen nach aufv/ärts gerichteten, einstückig mit dem aufwärts gebogenen Kragen 138 der'unteren Platte 131 verbundenen Rechtecken. Die Zähne 142 sind demgegenüber in radialer Richtung abgestuft und weisen Aussparungen148 gemäss den Darstellungen \- ±n Pig. 7 und 9 auf. Die Zähne 147- sind axial abgestuft, d.h. sie haben Ausschnitte ,149, wie die Betrachtung von der Seite in Pig. 8 zeigt. '

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Me Fullinie in Pig. 4 wird bei der in Tig. 9 gestrichelt eingezeichneten Stellung der Zähne 147 erreicht. Wenn die Zähne diese Stellung passieren, tritt-an der Ausgangswieklung 63 praktisch keine Plussänderung auf, und die Ausgangsspannung dieser Wicklung ist gleich Null.

Wenn sich die Zähne 147 nun entgegen dem Uhrzeigersinne mit Bezug auf Pig. 9 "bewegen, gelangen ihre vorauseilenden Kanten in den Bereich zwischen den Zähnen 141 und den zurückspringenden Abschnitten 148 der Zähne 142, wodurch der Kraftfluss durch die Wicklung 63 vom Permanentmagneten 123 her fortschreitend vergrössert wird. Dies entspricht dem sich unmittelbar an den Nullpunkt anschließenden Spannungsverlauf in Pig. 4. Wenn nun die vorauseilenden Kanten der Zähne 147 in den Bereich der vorspringenden Abschnitte der Zähne 142 gelangen,'steigt der die Wicklung 63 durchsetzende Kraftfluss rapide an, wodurch die steil ansteigenden Teile des in -Pig. 4 abgebildeten Spannungs- · Verlaufs erzeugt werden. Etwa gleichzeitig kommen die hinter den Ausschnitten 149 gelegenen höheren Abschnitte der Zähne in den Bereich der Zähne 141 der unteren Platte 131 und unterstützen hierdurch das rapide Ansteigen des die Wicklung 63 durchsetzenden Kraftflusses. ' . ■

Wenn die nacheilenden Kanten der,Zähne 147 die nacheilenden , Kanten der Zähne 141 passiert haben, nimmt der die Wicklung 63 durchsetzende Kraftfluss rapide ab, und es werden die hohen negativen-Spannungen,wie sie teilweise in Pig- 4 eingezeichnet sind, hervorgerufen. ' " . .

Der Zündverteiler 13 mit dem elektromechanischen Generator 64 enthält auch einen PJiehkraftversteller, der den Einsatz .der Zündspannungen'für die· Zündkerzen 12 entsprechend der Drehzahl der Maschine vorverlegt. Gemäss Pig. 6 und 7 weist dieser Pliehkraftversteller eine Platte 151 auf, die fest auf der Welle.115 sitzt. Wie weiter aus Pig. 7 ersichtlich, trägt die-Platte 151.aufwärts gerichtete Zapfen 153, die sich durch Öffnungen 154 im scheibenförmigen Anker 146 des rotierenden Teiles

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erstrecken. Der Anker 146 trägt zwei aufwärts gerichtete Sollen 155,und die Zapfen 153 und die Bolzen 155 sind durch Jedem 156 Td zv;. 157 kraftSchlussig miteinander verbunden. Der Anker 146 trägt weiterhin^;eine Hülse 161, weiche die Welle 115 derart umgreift, dass eine beschränkte Wiekelbewagung möglich ist. Zwei Fliehgewichte 162 sind an aufwärts gerichteten Zapfen 163 "befestigt, die von der· Platte 151 "gemäss Darstellung in Fig. 7 getragen werden. Aus dem scheibenförmigen Anker 146 sind av/ei Flanschen 164,165 nach aufwärts abgewinkelt, die sich mit den iiockenförmigen Oberflächen der Fliehgewiehte 162 in Anlage befinden.

Die Hülse 161 trägt.den "Verteilerläufer 171 mit einem daran angebrachten elektrischen Kontaktfinger 172. Dieser elektrische Kontakt weist einen selbstfedera&en Ansatz 173 auf_s der gegen einen mit der Sekundärwicklung 11 der Zündspule .10 elektrisch verbundenen festen Kontakt 174 anliegt. Der Verteilerläufer 171 ist identisch mit. dem Verteilerläufer 14 im Schaltbild nach Fig. 1« Eine Verteilerkappe 175 aus Isolierstoff deckt das Verteilergehäuse 113 und den Verteilerläufer 1?1 ab. Die Verteilerkappe enthält, in gleichen Abständen am Umfang eines Kreisels verteilt, Kontakte Ί76, deren Anzahl der Sahl der Zündkerzen und Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht, so dass bei Drehung des Verteilerläufers 171 von der Welle 115 her die Sekundärwicklung der Zündspule nacheinander mit den einzelnen Zündkerzen 12 in Verbindung gebracHt wird

Der Zündverteiler 13 einschließlich dem elektromechanischen Generator 64 weist ferner gemäss der Darstellung in Fig. 7 einen Untefdruckversteller 177 bekannter Ausführung auf. Eine Zugstange 178 des Unterdnuckverstellers ist mit der unteren Platte 131 des«feststehenden Generatorteils 122 verbunden, der den ringförmigen Permanentmagneten 123 j den-Kraftflußleiter 124 für den magnetischen Fluss, die ringförmige Aus gangs wicklung 63 sowie die obere und untere Platte 131 und 132 mit den auf Abstand angeordneten Zähnen 141 bzw. 142 trägt., Die Zugstange 178 dreht

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den feststellenden Generatorteil 122 einschließlich der Buchse in Übereinstimmung mit des Unterdruck der Maschine tim das Längslager 114. Hierdurch wird die relative Stellung der Zähne 141 und 142 im Verhältnis zu den Zähnen 147 verändert, und der Einsatz des Zündfunkens aa den' Zündkerzen 12 der Brennkraftmaschine wird in Übereiiistrnnnung mit dem Unterdruck der Maschine vor- bzw. zurückverstellt.

Sie Auslasswicklung 65 ist mit dem Best der Schaltung nach Mg. über Leitungen verbunden, von denen eine als Leitung 179 in Pig. 6 eingezeichnet ist.

Im Betrieb des elektromechanischen Generators und des Zündverteilers dreht der rotierende Teil 145 mit dem Anker 146, der Platte 151, der Welle 115, der Hülse 161 und dem Verteilerläufer 171 j wie "bereits erwähnt, entgegen dem Uhrzeigersinne mit Bezug auf die Dai-stellungen nach den Pig. 7 und 9· Dabei gelangen, wie ohne weiteres ersichtlich, die Zähne 147 des Ankers 146 nach, je einer Achteldrehung der Welle 115 und des Ankers; 146 in Anlage zu den Zähnen 141 und 142. Hierdurch werden in der Aus gangswx cklxuig 63 während jeder vollen Umdrehung des .Ankers 146 und der Welle 115 acht elektrische Wechselstromperioden erzeugt. Da"bei wirken die acht Zahnbestückungen 141,142 und 147,- wenn sie sich, in lahstellung befinden, als paralleler magnetischer Kreis für, den vom Permanentmagneten 123 ausgehenden Kraftfluss. ,

Wie bereits ,erwähnt, kuppelt der Pliehkraftversteller die auf -. der Welle 115 sitzende Platte 151 .mit dem Anker 146 und der " Hülse 161, die den Verteilerläufer 171 trägt mit Hilfe der Federn 156 und 157, der KLiehgewiehte 162 und der aufwärtsgerichteten Flanschen 164,165 des Ankers 146. Je grosser die .Drehzahl der Welle 115 und somit der Platte 151 ist, umso grosser ist auch die Zentrifugalkraft an den JPliehgewichten 162. Hierdurch werden:die Fliehgewieirfce nach auswärts gegen die Plansche 164,165 gedrückt und drehen den Anker 146, die Hülse 161 und

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den Verstellerläufer 171 entgegen dem Uhrzeigersinne zur .'/eile. 115 und Platte 151. Da die Drehrichtung des gesamten rotierenden Teils des Generators gleichfalls entgegen dem Uhrzeigersinne gerichtet ist, wird.folglich die Erzeugung der Wechselspännungen in der Ausgangswicklung 63 im Verhältnis zur Drehung der Welle 115 und der Brennkraftmaschine vorverlegt, so dass die Zündung mit zunehmender Maschinendrehzahl früher einsetzt.

Aus Pig. 7 lässt sich entnehmen, dass "beim Ansteigen des Unterdruckes in der Maschine der feststehende Teil des Generators mit dem Permanentmagneten 123, der Ausgangswicklung 63 und der auf den Platten 131 bzw. 132 angeordneten aufwärts gerichteten Zähne 141 und 142 im Uhrzeigersinne gegenüber dem rotierenden Teil 145 einschliesslich dem Anker 146 verdreht wird. Dies hat gleich-.falls zur Folge, dass die Zündspannung an den Zündkerzen und somit der Zündfunken mit zunehmendem Unterdruck in der Ansaugleitung der Maschine früher einsetzt.

Die wechselnde Ausgangsspannung der Wicklung 63 wird, wie aus ■i]?ig. 4 hervorgeht, der Basis 60 des Transistors 54 zugeführt. Dieser Transistor befindet sich normalerweise in leitendem Zustand.

Unter normalen Betriebsbedingungen ist bei drehender Brennkraftmaschine der Zündschalter 26 geschlossen, und die elektrische Energiequelle' 16 liegt in Serie mit dem Emitter 22 und dem Kollektor 33 des Transistors 17 sowie der Primärwicklung 15 der Zündspule 10. Der Transistor 54 befindet sich unter der Voraussetzung, dass in der ringförmigen Ausgangswicklung 63 gerade keine Spannung induziert wird, in seinem leitenden Dauerzustand. Dies folgt aus der Verbindung des Emitters 57 des Transistors 54 mit. der positiven-Klemme 21 der Energiequelle 16 über den Widerstand 58, die Leitung 32 und den davor liegenden Leitungszug. Die Basis 60 des Transistors 54 liegt über den Widerstand 76 und die Leitungen 77 und 83 an Masse, d.h. an der negativen

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Klemme, der Energiequelle 16 und hat somit eine negative Vor- · spannung gegenüber dem Emitter 57» wodurch der Transistor 54 in seihen leitenden Zustand geschaltet ist. Der sich von der Basis des Transistors 54 über den Widerstand 76 und die Leitungen 77,83 einstellende Strom ergibt eine negative Vorspannung der Basis 60 gegenüber dem Emitter 57 von angenähert .0,4 Volt.

Wenn der Transistor 54 leitend ist, befindet sich der Transistor 43 in seinem nichtleitenden Zustand, da der Spannungsabfall am. Transistor 54 so gering ist, dass der aus der Basis 52 des Transistors 43 heraustretende Stromfluß Hull'ist. Es leuchtet ein,, dass eieli im nichtleitenden Zustand des Transistors 43 auch der Transistor 17 nicht leitend ist, da von dessen Basis kein Strom abf Hess en kann. Um den Transistor 54 in seinen nichtleitenden Zustand zu bringen und die Transistoren 43 und einzuschalten, ist es erforderlich, die negative Vorspannung an der Basis 60 des Transistors 54 zu beseitigen. Dies gesphieht mit Hilfe der Ausgangsspannung an der Wicklung 63 des elektromechanischen Generators 64, wie dies Pig. 4 zeigt. Dort ist die Vorspannung am Transistor 54, die durch diese wellen-_--l· förmigen Spannungen zur Ausschaltung des Transistors 54 überwunden werden muss, durch eine gestrichelte Linie 187 markiert. Die eingezeichneten Halbwollen .181,182 und 183 gelten für eine niedrige Geschwindigkeit, eine mittlere Geschwindigkeit und eine 'hohe.Geschwindigkeit.

Was nun den Wellenverlauf bei niedriger Geschwindigkeit 181 anbe-.trifft, so wird, wenn der Spannungswert den Schnittpunkt 185" der Halbwelle 131 mit der horizontalen gestrichelten Linie 187 überschreitet,- die negative Vorspannung an der Basis 60 des Transistors 54 überwunden, und das an der Basis 60 von der Ausgangswicklung 63 her auftretende positive Potential blockiert den weiteren Stromfluss von dieser Basis, so dass der Transistor 54 ausgeschaltet wird. Hierdurch wird ein Stromfluss an der Basis 52 des Transistors 43 ermöglicht, wodurch sowohl der

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Transistor 52 wie auch der Transistor 17 eingeschaltet werden. Wenn die Spannung in der Klemme 62nuter den Schnittpunkt 186 mit der gestrichelten Linie 187 absinkt, wird der Basisstrom des Transistors 54 nicht mehr langer !blockiert, und dieser Transistor wird erneut eingeschaltet, wodurch die Transistoren 43 und 17 wieder ausgeschaltet werden, f/ährend der zwischen den Punkten 185 und 186 liegenden ladeperiode, während welcher der Transistor 17 leitend ist, fliesst Strom τοη der Spannungsquelle 16 über den Emitter 22 und den. Kollektor 33 zur Primärwicklung 15 der Zündspule 10. Wenn der Schnittpunkt 186 im · Diagramm nach Pig. 4 erreicht ist, wird der Transistor 54 wieder eingeschaltet, und die Transistoren 43 und 17 werden ausgeschaltet. Hierdurch wird der Stromfluss in der Primärwicklung "15 der Zündspule 10 unterbrochen, und in der Sekundärwicklung 11 wird die Zündspannung induziert«,

Die Ausgangs spannung an der Klemme 62 der Wicklung 63, deren Verlauf durch die Kurve 181 in Pig. 4 wiedergegeben ist, sinkt dann ins Negative ab, steigt nach einer "bestimmten Zeit wieder an und kehrt auf die gleiche Höhe wie im Schnittpunkt 185 zurück. In diesem Zeitpunkt wird der Transistor 54 erneut ausgeschaltet, und die Transistoren 43 und 17 v/erden eingeschaltet, wodurch ein neuer Zündzyklus eingeleitet wird.

Es ist ohne weiteres erkennbar^ dass der jeweilige Abschnitt zwischen den Schnittpunkten 185 und 186, 185' und 186 ,185" und 186 gleich dem Schließwinkel der Zündanlage, d.h. dem Drehwinkel des Verteilers und. des Generators ist, der die Primärwicklung der Zündspule erregt. Pur die Halbwelle 181 beträgt der Sehließwinkel 7°, für die Halbwelle 182 15° und für die Halbwelle 183 ,

Weiterhin geht aus fig. 4 und aus der allgemeinen Kenntnis der Spannungscharakteristiken rotierender elektrischer Maschinen hervor,

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dass beim Ansteigen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und des elektromechanischen- Generators 64 (Anwachsen der Drehzahl der Welle 115 und des'rotierenden Teils 145) auch die Grosse der in der Ausgangswieklung 65 induzierten Spannung ansteigt, wodurch der Schnittpunkt 185 zwischen der Ausgangsspannung der Wicklung 65 und der durch die linie 187 eingezeichneten TJmschalt-Spannung der Transistoren in Richtung zu den Schnittpunkten 185' bzw. 185" verschoben wird. Hierdurch nimmt der Schließwinkel in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu. Beispielsweise beträgt "bei der mittleren, durch die Halbwelle gekennzeichneten Dreheahl der Ladewinkel 15° gegenüber 7° bei niedriger Maschinendrehzahl. Bei einer· bestimmten Drehzahl im mittleren Drehzahlhereich der Maschine, der durch alle durch die Zündanlage gegebenen Parameter bestimmt ist, rückt der Schnittpunkt zwischen der Ausgangsspannung 185 mit der Linie 187 sehr dicht an den Anfang der Kurven 181, 182 und 185 heran,, wie dies Pig. 4 zeigt. In diesem Punkt erreicht der Schließwinkel einen Standardwert von 28°. Die entsprechende Drehzahl liegt vorzugsweise an der Stelle des Schnittpunktes der beiden in Fig. 5 dargestellten Kuryen und "beträgt bei einer normalen Achtzylindermaschine angenähert 2 000 U/m.

Wenn nun die Maschihendrehzahl über die vorgenannte bestimmte Drehzahl hinaus ansteigt, bleibt, wie ersichtlich, der Schließwinkel im wesentlichen konstant, da die Aus gangs spannung der Wicklung 65 mit zunehmender Grosse den Schnittpunkt 185" zwischen der Kurve 185 und dem Transistorschaltniveau nur noch ganz schwach nach links, sofern überhaupt, verschiebt.

Durch die vorliegende Erfindung wird auf diese Weise eine Zündanlage für eine Brennkraftmaschine geschaffen, bei welcher der Energieverbrauch auf ein Minimum herabgesetzt wird, während gleichzeitig die Erzeugung genügend hoher Zündspannungen sicher-

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gestellt wird. ' Dies erfolgt durch eine Veränderung des Schließwinkels in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl zwischen einem niedrigen Drehsahlwert und einem vorbestimmten Wert, der vorzugsweise im mittleren Drehzahlbereich der Maschine liegt. Oberhalb dieser vorbestimmten Drehzahl bleibt der Schließwinkel praktisch konstant. ' .

Patentansprüche /

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Transistorisierte Zündanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen,™!t kontaktloser Steuerung eines den Primärstrom der Eindspule schaltenden Leistungs-" •transistors durch einen von der Brennkraftmaschine antreibbaren elektromechanischen Generator, dessen den Leistungstransistor "beim Erreichen einer "bestimmten Ums ehalt spannung steuernde Spannungsimpulse in einem bestimmten „Verhältnis zur. Drehzahl der Brennkraftmaschine an G-rösse zunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis des Generators (64) so ausgebildet ist, dass der den Leistungstransistor (17) einschaltende Teil jedes Spannungsimpulses' einen im Bereich der Umschaltspannung (187) liegenden Abschnitt mit verhältnismässig geringer Augenblickswertänderung aufweist.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dad'u roh gekennzeichnet, dass der Generator (64) so ausgebildet ist, - dass die Umsehaltspannung (187) nur hinauf bis zu einer bestimmten mittleren Drehzahl der Brennkraftmaschine im Bereich.des Abschnittes mit geringer Augenblickswertänderung der Spannung und bei allen darüberliegenden Drehzahlen in einem Bereich mit grosser Augenblickswertänderung der . Spannung liegt. · ·

3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leisitiungstransistor (17) von dem. Generator (64) über einen Steuertransistor (54) steuerbar ist, welcher sich in leitendem Zustand befindet, wenn der Leistungstransistor (17) den Primarstrom der Zündspule (10)

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unterbricht, und welcher vom Generator (64) beim"Überschreiten, der Umsehaltspannung in seinen den leistungstransistor (17) einschaltenden nichtleitenden Zustand umschaltbar ist.

4. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, dass der Generator (64) zur Erzeugung des magnetischen Kraftflusses in bekannter W_eise ■ einen Permanentmagneten (123) aufweist. · .

5. j Zündanlage, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gek ennz e i c'hne t, dass der die Ausgangswicklung (63) umfassende magnetische Kreis (123,131,138,141,147,142,132) des Generators (64) zwischen ständerseitigen und läuferseitigen Zähnen (141,142 bzw. 147) gebildete und sicM bei deren relativer Drehung im Synchronismus mit der Zündfolge der Brennkraftmaschine zwischen einem Grösstwert und einem Kleinstwert ändernde Luftspalte.aufweist, wobei die ständerseitigen und/oder läuferseitigen Zähne (141,142 bzw. 14-7) mit Aussparungen (148) und/oder Ausschnitten (149) versehen sind, durch welche der magnetische Fluss während der Relativdreiiung-der Zähne unterschiedlich stark veränderbar ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch, gekenn-' zeichnet, dass in dem Generator ein zweiter, den magnetischen Kraftfluss vor der Ausgangswicklung (63) kurzschließender magnetischer Kreis (123,131,124,150,132) mit ' einem konstanten Luftspalt (150) gebildet ist, der so bemessen ist, dass der magnetische Kraft fluss im Kurzsenl-usskreis etwa gleich dem magnetischen Kraftfluss in. dem die Ans gangs v/i cklung :(63) umfassenden Kreis (123,131,138,141,147,142,132) beim Größtwert des dortigen Luftspaltes ist.

7. Zündanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch g' e k e η·η ζ e i c h η e t, dass der Permanentmagnet (123) .als koaxial zur Generatorwelle (115) angeordneter, axial

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polarisierter Ring mit ebenen Stirnflächen und die Ausgangswicklung (63) als in an sich bekannter ^eise den Permanentmagnet mit Radiälabstand umgebende Ringspule ausgebildet sind und dass Permanentmagnet (123) und Ausgangswicklung (63) zwischen sich an die Stirnflächen des Permanentmagneten anschließenden

'-und die Ausgangswicklung radial überragenden kreisringförmigen Platten (131,132) angeordnet sind, von deren unterschiedliche

i Durchmesser aufweisenden Aussenrändern konzentrische Kränze axial gerichteter, einander paarweise überdeckender Zähne (131,132) abgebogen sind, "zwischen welchen ein von der Generatorwelle (115) antreibbarer dritter Zahnkranz (147) drehbar ist, wobei zwischen Permanentmagnet (123) und Ausgangswicklung (63) ein die kreisringförmigen Platten bis auf einen Luftspalt (150) verbindender hohlzylindrischer Leiter (124) zur Bildung des Kurzschlußkreises für den magnetischen Fluss vorgesehen ist.

8. Zündanlage' nach Anspruch 7, dadurch gekenn-ζ e i c h n-e t, dass der Luftspalt zwischen den beiden an den kreisringförmigen Platten (131-, 132) angeordneten Zahnkränzen (141,142) grosser ist als die radiale Dicke des dazwischen liegenden umlaufenden Zahnkranzes (147) und dass" '. die ,Zähne des umlaufenden Zahnkranzes diesen Luftspalt schräggestellt durchlaufen.

9. " Zündanlage nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e η ,n-

zeichnet, dass der Generator (64) zusammen mit dem Zündverteiler (1.3) innerhalb des Verteilergehäuses (14) eingebaut ist, wobei der Verteilerläufer (14) mit einem den ■'. ■ umlaufenden Zahnkranz (147) des Generators tragenden scheibenförmigen Anker (146) drehfest verbunden ist, dessen Winkel- ■ stellung zur Verteilerwelle (115) in an sich bekannter Weise durch einen Fliehkraftregler (157, 162,164) verstellbar ist, . und wobei die kreisringförmigen Platten (131,132) mit dem

^; Permanentmagneten (123) und der Ausgangswicklung (63) gegenüber dem Verteilergehäuse (113) durch einen an sich bekannten Unter-

. druckregler (177) im Winkel verstellbar sind.

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