DE2257471B2 - Impulsgeber für die Zündanlage einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen impulsgeber für die Zündanlage einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Impulsgeber ist in der US-PS 35 77 971 beschrieben. Er erzeugt aufeinanderfolgende Impulse alternierender Polarität, wobei jedoch innerhalb eines Impulses die Polarität nicht wechselt. Derartige Impulse sind zur Ansteuerung der Zündanlage für kritische Einsatzbedingungen, insbesondere bei den Enden des Drehzahlbereiches, vorteilhaft.

Dieser bekannte Impulsgeber liefert aber bei geringen Drehzahlen nur Impulse mit kleiner Amplitude. Er eignet sich daher weniger gut zur Verwendung für Außenbordmotoren, bei denen die Zündanlage auch bei sehr niederen Drehzahlen, z. B. 80 U/min., zuverlässig arbeiten muß. Außerdem ist dei eingangs angesprochene bekannte !impulsgeber empfindlich gegenüber mechanischer Erschütterung.

Durch die Erfindung soll daher ein Impulsgeber der eingangs angegebenen Art geschaffen werden, der auch bei kleinen Drehzahlen zufriedenstellend arbeitet und gegen mechanische Erschütterung unempfindlich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Impulsgeber gemäß Anspruch 1.

In der US-PS 36 12 948 ist ein weiterer Impulsgeber für die Zündanlage einer Brennkraftmaschine beschrieben, der parallel und antiparallel zur Rotordrehachse magnetisierte Permanentmagnete aufweist. Es handelt sich dabei aber um Stabmagnete. Jeder dieser Stabmagnete erzeugt beim Vorbeilaufen an dem magnetischen Aufnehmer einen Impuls mit einer positiven und einer negativen Halbwelle (Anordnung nach der dortigen F i g. 2). Wie oben schon ausgeführt worden ist, eignen sich derartige Impulse schlechter zur Ansteuerung der Zündanlage bei sehr niederen und sehr hohen Drehzahlen.

Die US-PS 35 77 971 und die US-PS 36 12 948 lehren somit zwei alternative, sich gegenseitig ausschließende Möglichkeiten der Erzeugung eines inhomogenen Magnetfeldes in einem Impulsgeber.

In der DE-OS 14 26 178 ist ferner ein Impulsgeber beschrieben, bei dem der Rotor als sternförmiger Körper ausgebildet ist. Beim Vorbeilaufen des Rotors an einem stationären magnetischen Aufnehmer wird dann entsprechend der Änderung des Luftspaltes zwischen Aufnehmer und Rotor der magnetische Widerstand des geschlossenen Magnetflusses durch den Aufnehmer und den Rotor moduliert. Die Richtung des Magnetflusses durch den magnetischen Aufnehmer ist immer dieselbe, nur seine Amplitude ändert sich. Mit dieser Anordnung erhält man eine Aufeinanderfolge identischer Impulse, die jeweils eine positive und eine negative HaSbwelle aufweisen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird dagegen eine Aufeinanderfolge von Impulsen alternierender, innerhalb eines Impulses aber gleichbleibender Polarität erhalten. Diese Impulse haben auch bei sehr niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine große Amplitude. Bei dem erfindungsgemäßen Impulsgeber kann auch ein verhältnismäßig großer Luftspalt zwischen dem Rotor und dem stationären magnetischen Aufnehmer vorgesehen werden, was sich günstig auf die Unempfindlichkeit des Impulsgebers gegen mechanisehe Auslenkungen des Rotors auswirkt. Während bei Impulsgebern mit kleinem Luftspalt eine Relativbewegung zwischen Rotor und Aufnehmer in zur Rotordrehachse senkrechter Richtung zur Erzeugung starker Störimpulse führt, die zu Fehlzündungen führen, ist dies bei Verwendung eines großen Luftspaltes, wie dies bei der Erfindung möglich ist, ausgeräumt. Derartige Relativbewegungen zwischen Rotor und Aufnehmer kommen insbesondere bei Brennkraftmaschinen in Leichtbauweise durch die Explosionen in den Verbrennungsräumen und die sich drehenden Massen der Brennkraftmaschine häufig vor. Bei einem großen Luftspalt stellen derartige Relativbewegungen nur einen kleinen Prozentsatz des Luftspaltes selbst dar, damit ist auch die Änderung des magnetischen Widerstandes des geschlossenen Flußweges durch Rotor und Aufnehmer verhältnismäßig klein.

Bei dem erfindungsgemäßen Impulsgeber stoßen die gemeinsam einen Winkel von im wesentlichen 360° überdeckenden Permanentmagnete mit ihren benachbarten Enden direkt zusammen, oder diese Enden weisen nur einen geringen Abstand voneinander auf. Man erhält auf diese Weise eine scharfe Polaritätsumkehr des magnetischen Feldes an den Stoßstellen zwischen den einzelnen Permanentmagneten, und hieraus ergibt sich beim Vorbeilaufen dieser Stoßstellen am magnetischen Aufnehmer jeweils ein einziger Impuls durchgehend gleicher Polarität und hoher Amplitude.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß das Streufeld der Permanentmagnetanordnung kleingehalten wird und der magnetische Fluß im wesentlichen über den Kern des magnetischen Aufnehmers geführt wird.

Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß die Spule des magnetischen Aufnehmers einfach auf den geraden Kern des Aufnehmers aufgewickelt werden kann, während die Führung des Magnetflusses in Richtung von und zum Rotor durch die am Kern befestigten Schenkel erfolgt.

Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 4 wird erreicht, daß der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises trotz verhältnismäßig großem Luftspalt sehr klein ist

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises unabhängig ist von axialen Verschiebungen des Rotors bezüglich des magnetischen Aufnehmers. Derartige Verschiebungen können sich durch nicht völlig einwandfreie axiale Positionierung der den Rotor tragenden Steuerwelle während des Betriebes ergeben. Beim Anbau des Impulsgebers gemäß Anspruch 5 an die Brennkraftmaschine braucht auch der magnetische Aufnehmer nicht sorgfältig bezüglich des auf die Steuerwelle aufgesetzten Rotors ausgerichtet zu werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine seitliche Ansicht des Impulsgebers und einen schematischen Schaltplan einer durch ihn angesteuerten Thyristorzündanlage;

F i g. 2 eine Aufsicht auf die Unterseite des Impulsgebers von Fig. 1, wobei die den Rotor tragende Steuerwelle geschnitten gezeigt ist;

F i g. 3 eine graphische Darstellung des Magnetflusses durch den Aufnehmer des Impulsgebers für einen Rotor ohne Polschuhe und für einen Rotor mit einen Luftspalt vorgebenden Polschuhen und

Fig.4 eine graphische Darstellung der vom Impulsgeber infolge der in Fi g. 3 gezeigten Magnetflußänderungen erzeugten Impulse.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit zwei Zylindern und zwei diesen zugeordneten Zündkerzen 2 und 3. Eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Drehstromlichtmaschine 4 lädt einen Zündkondensator 5 auf, der sich über jeweils einen von zwei parallelgeschalteten Zündkreisen 6 und 7 über jeweils einen von zwei Transformatoren 9 und 9' entladen kann. Die Sekundärseite dieser Transformatoren ist jeweils mit einer der Zündkerzen verbunden.

Der Zündkreis 6 enthält einen in den Entladeweg geschalteten Thyristor 8, dessen Steuerklemme mit einer insgesamt mit 10 bezeichneten Steuerschaltung verbunden ist.

Die Steuerschaltung 10 ist mit dem Ausgangssignal eines insgesamt mit 11 bezeichneten Impulsgebers beaufschlagt. Zur Steuerschaltung 10 gehört ein Hilfskondensator 12, der in Reihe mit einem Widerstand 13 über die Klemmen der Drehstromlichtmaschine 4 geschaltet ist. Ein Thyristor 15 ist in Reihe mit der Primärwicklung eines weiteren Transformators 14 über die Klemmen des Hilfskondensators 12 geschaltet. Die Sekundärwicklung des Transformators 14 ist mit der Steuerklemme des Thyristors 8 verbunden. Die Steuerklemme 20 des Thyristors 15 ist über einen Widerstand 19 mit einem der Ausgänge des Impulsgebers 11 verbunden.

In einer analog aufgebauten Steuerschaltung 10', die dem Zündkreis 7 zugeordnet ist, sind entsprechende Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie bei der Steuerschaltung 10, wobei zur Unterscheidung ein Apostroph angehängt ist Die Steuerschaltung 10' ist über einen Widerstand 21 mit der zweiten Ausgangsklemme des Impulsgebers 11 verbunden.

ίο Die Ausgangsklemme des Impulsgebers 11 sind ferner über entgegengesetzt geschaltete Freilaufdioden 24 und 25 miteinander verbunden, und der zwischen diesen liegende Netzwerkknoten ist über ein RC-Netzwerk 23 mit Erde verbunden.

Der Impulsgeber 11 besteht aus einem insgesamt mit 16 bezeichneten Rotor sowie einem daneben angeordneten, insgesamt mit 17 bezeichneten magnetischen Aufnehmer.

Der letztere weist eine einzige Wicklung 18 auf, die in der oben beschriebenen Weise mit den Eingängen der Steuerschaltungen 10 und 10' verbunden ist

Der Rotor 16 ist mit einer mittigen Nabe 26 versehen, die mit einer von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Steuerwelle 27 verbunden ist welche synchron zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 gedreht wird.

Der Rotor 16 kann jedoch auch, insbesondere bei kleinen Zweitaktmotoren, einen Teil des Schwungrades darstellen.

Von der Nabe 26 sind Permanentmagnete 28 und 29 getragen, die zusammen eine durchgehende, ringförmige Magnetanordnung bilden. Diese Permanentmagnete bestehen aus einem Ferrit oder einer anderen Legierung mit hoher Remanenz. Sie sind als zwei Ringsegmente von jeweils 180° ausgebildet, die mit ihren Stirnflächen aneinander anstoßen. Die Permanentmagnete 28 und 29 sind jeweils parallel zur Rotordrehachse, jedoch in entgegengesetzter Richtung polarisiert. Statt zweier Permanentmagnete 28 und 29 kann auch ein einziger durchgehender Permanentmagnet verwendet werden, der jeweils einen Winkel von 180° überdeckende, in entgegengesetzter Richtung polarisierte Abschnitte aufweist. Der Permanentmagnet 28 ist (vgl. Fig. 1) so polarisiert, daß sein Nordpol oben und sein Südpol unten liegt. Der Permanentmagnet 29 ist entgegengesetzt polarisiert.

Die Permanentmagnete 28 und 29 tragen getrennte Polschuhe 30 bzw.31.

Diese Polschuhe bestehen aus magnetisierbarem Stahl und sind so angeordnet, daß sie an den einander gegenüberliegenden Polflächen der Permanentmagnete anliegen. Der äußere Rand der Polschuhe steht in radialer Richtung über den zugeordneten Permanentmagneten über. Damit verläuft der magnetische Fluß vom einen Pol der Permanentmagnete zur Randkante der Polschuhe, von dort durch den Außenraum und zurück zum äußeren Rand des anderen Polschuhes. In F i g. 1 sind entsprechende Flußlinien durch den Außenraum mit 32 bzw. 33 bezeichnet.

Die Polschuhe 29 und 30 erstrecken sich in Umfangsrichtung um etwas weniger als 180°. Auf diese Weise begrenzen einander gegenüberliegende Stirnflächen 40 der Polschuhe Luftspalte 34 bzw. 35, die einen hohen magnetischen Widerstand haben.

Die Wicklung 18 ist um einen U-förmigen Kern 36 gewickelt, der zum Umfang des Rotors 16 hin offen ist. Die freien Enden von Schenkeln 37 und 38 des Kernes tragen nach innen ragende, aufeinander zu gerichtete Polschuhe 39, die mit der Umfangskante der Polschuhe

30, 31 fluchten. Der magnetische Aufnehmer 17 ist so befestigt, daß die Polschuhe 39 von der Umfangskante der Polschuhe 30 und 31 eine kleine Strecke entfernt sind. Der Weg für den magnetischen Fluß des bei dem Aufnehmer 17 stehenden der Permanentmagnete verläuft durch die Polschuhe 39, die Schenkel 37 und 38 sowie den Kern 36. Bei jeder vollständigen Umdrehung des Rotors erhält man einen magnetischen Fluß durch den Kern 36, wie dies in Fig.3 gezeigt ist. Die durch diesen Wechselfluß erzeugte Induktionsspannung in der Wicklung 18 ist in F i g. 4 gezeigt.

Das zwischen den Kanten der Paare von Polschuhen 30 bzw. 31 verlaufende Magnetfeld hat konstante Polarität und konstante Amplitude. Dieser konstante Magnetfluß erzeugt in der Wicklung 18 kein Signal. Laufen jedoch die Stoßstellen zwischen den beiden Permanentmagneten 28 und 29 am Aufnehmer 17 vorbei, so ändert der Magnetfluß durch die Wicklung 18 sein Vorzeichen und man erhält einen Impuls. Der Magnetfluß durch die Wicklung 18 Φ/« bei einem Rotor ohne Polschuhe 30 und 31 ist in F i g. 3 durch die Kurve 41 graphisch dargestellt. Ist der Rotor 16 mit Polschuhen 30 und 31 versehen, so sind die Flußänderungen beim Vorbeilaufen der Stoßstelle zwischen den Permanentmagneten am magnetischen Aufnehmer 17 weniger abrupt, wie durch die in F i g. 3 gestrichelt wiedergegebene Kurve 42 veranschaulicht ist. Bei einem Rotor mit Polschuhen 30 und 31 entspricht (bei angenommener Linksdrehung des Rotors) der Punkt der Kurve 42, der in F i g. 3 am weitesten links liegt und bei dem gerade noch der maximale negative Fluß erhalten wird, der hinteren Stirnfläche 40 der Polschuhe

31. Bei weiterer Drehung des Rotors nimmt das Magnetfeld linear ab, bis die Stoßsteiie zwischen den beiden Permanentmagneten am Aufnehmer 17 vorbeiläuft. Dann ist der Wert des Magnetflusses im wesentlichen Null. Bei weiterem Drehen des Rotors nimmt der Magnetfluß dann linear zu positiven Werten zu und erreicht seinen maximal positiven Wert, wenn die vordere Stirnfläche der Polschuhe 30 den magnetischen Aufnehmer 17 erreicht. Der maximale positivt Magnetfluß bleibt dann erhalten, bis die hinten Stirnfläche 40 der Polschuhe 30 an den Aufnehmer 1/ gelangt ist, dann wird der Magnetfluß rasch auf NuI vermindert und wächst dann in negativer Richtung an bis er wiederum seinen maximalen negativen Wer erreicht. Dies ist dann der Fall, wenn die vorder« Stirnfläche 40 der Polschuhe 31 beim magnetischer Aufnehmer 17 steht. Dann bleibt der maximale negative

ίο Magnetfluß während des gesamten Vorbeilaufens dei Polschuhe 31 am magnetischen Aufnehmer 17 erhalten Dann wiederholt sich der oben beschriebene Zyklus.

Der magnetische Weg innerhalb des magnetischer Aufnehmers hat einen geringen magnetischen Widerstand, da ein Eisen mit geringer Reluktanz verwende! wird. Der Luftspalt zwischen dem magnetischer Aufnehmer und dem Rotor kann infolgedessen großen ordnungsmäßig bei 1,5 mm gewählt werden. Bei einerr so großen Luftspalt können die durch Vibrationen dei Brennkraftmaschine erzeugten Relativbewegunger zwischen Rotor und Aufnehmer keine so starker Signale in der Wicklung 18 erzeugen, die zi Fehlzündungen führen könnten.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, erhält man beirr Vorbeilaufen der Stoßstellen zwischen dem Permanentmagneten am magnetischen Aufnehmer jeweils einer Impuls 43 gleichbleibender Polarität, wobei jedoch aufeinanderfolgende Impulse entgegengesetzte Polari tat aufweisen.

Mit diesen alternierenden Impulsen 43 können au einfache Weise zwei Zündkerzen im Gegentak gezündet werden. Bei einer Brennkraftmaschine, die mehr als zwei Zylinder und dementsprechend aucr mehr als zwei Zündkerzen aufweist, kann der impulsge ber mit einer entsprechend vergrößerten Anzahl vor magnetischen Aufnehmern 17 versehen werden, die ir geeignetem Winkelabstand voneinander angeordne werden und jeweils zur Zündung eines Zündkerzenpaa res verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Impulsgeber für die Zündanlage einer Brennkraftmaschine mit einem ringförmigen, durch eine Steuerwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Rotor, der in entgegengesetzter Richtung magnetisierte Permanentmagnete in Form von Ringsegmenten aufweist, und mit einem eine Spule aufweisenden magnetischen Aufnehmer, der unter Abstand von der Mantelfläche des Rotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ringsegmentförmigein Permanentmagnete (28, 29) parallel bzw. antiparallel zur Rotordrehachse magnetisiert sind und sich zusammen im wesentlichen über volle 360° erstrecken.

2. Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polschuhe an den Permanentmagneten (28, 29) angebracht sind, daß die Enden der Polschuhe (30, 31) in Umfangsrichtung unter Abstand vor den Stoßstellen zwischen den Permanentmagneten (28,29) enden und daß die Umfangsränder der Polschuhe über die Außenfläche der Permanentmagnete (28,29) überstehen.

3. Impulsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Aufnehmer (17) einen Kern (36) mit Schenkeln (37, 38) hat, wobei die Enden der Schenkel neben den Polschuhen (30,31) angeordnet sind.

4. Impulsgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (37,38) und der Kern (36) des magnetischen Aufnehmers aus Material niederer Reluktanz gefertigt sind und daß die Schenkel von den von den Permanentmagneten (28, 29) getragenen Polschuhen etwa 1,5 mm entfernt sind.

5. Impulsgeber nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (37,38) des Kerns (36) ebenfalls Polschuhe (39) tragen, die aufeinander zulaufen und mit der Umfangskante der an den Permanentmagneten angebrachten Polschuhe (30, 31) fluchten.