Verfahren und Vorrichtung zur Zündung bei Explosionsmotoren. Bekanntlich beruht das Versagen der Zün dung in Explosionsmotoren sehr häufig dar auf, dass sich auf der Oberfläche des Karzen.- isolators oder zwischen den Polen der Funkenstrecke in der Zündkerze Nieder schläge von Russ, 0l oder Feuchtigkeit bil den, die einen Nebenschluss zu der Funken strecke darstellen.
Ist der Ohmsche Wider stand solcher Nebenschlüsse gross im Ver gleich zu dem Wäderstande, den die Zünd kerzenfunkenstrecke darstellt, so fliesst nur sehr wenig Strom über den Shuntweg. Wird der 'Widerstand des, Shuntweges jedoch all mählich kleiner, so steigt der prozentuale Anteil, der von dem ganzen verfügbaren Strom über den Shuntweg geht, allmäh lich an.
Bei einem gewissen Wert des Ohmschen -\Viderstandes des Shuntweges wird daher ein so grosser Prozentteil des ganzen verfügbaren Stromes über den Shuntweg fliessen, dass die Potentialdifferenz, welche zur Bildung des Funkens erforderlich ist, nicht entstehen kann.
ES wurde min zunächst festgestellt, dass der Stromanteil, der durch den. Shuntweg fliesst, die Wirkung hat, den Ohmschen Wi derstand des Shuntweges herabzusetzen. Diese Wirkung ist durch die durch den Strom erzeugte starke Erhitzung der dün nen SeMcht, welche den Shunt bildet, zu erklären.
Durch den Zündstrom selbst wird also der Ohmsche Widerstand einer dünnen lei tenden Schicht, welche sich als Shunt zur Zündkerzenfunkenstrecke befindet, mit der Zeit sehr stark vermindert, so dass der Anteil des Stromes, der den Shuntweg durchfliesst, ständig wächst.
Grundlegend für die vorliegende Erfin dung wurde ausserdem festgestellt, dass die Dauer jedes Zündstromimpulses bei den bis her üblichen Zündeinrichtungen verhältnis- mässig lang ist.
Der Grund hierfür ist der folgende: Der Strom wird bei den: üblichen Hochspannungs- zündapparaten - mögen sie als Zündspulen bei Batteriezündung oder als Magneto aus gebildet sein-,durch das elektromagnetische Kraftfeld eines Eisenkernes erzeugt. Die sekundäre Wicklung auf dem Eisen kern hat eine sehr hohe Selbstinduktion, damit die hohe Spannung erzeugt -werden kann, die erforderlich ist, um den Anfangs widerstand der Funkenstrecke der Kerze zu durchbrechen.
Sobald der Funke entsteht, sinkt aber sofort der hohe Anfangswiderstand der Funkenstrecke auf einen relativ kleinen Wert. Es bildet sieh daher ein Lichtbogen aus, der für die sekundären Windungen der Spule quasi einen Kurzschluss bedeutet. Durch die also praktisch kurzgeschlossene sekundäre Spule wird das magnetische Kraft feld im Eisen sehr lange aufrecht erhalten, so dass es seine Energie nur sehr langsam und in Form eines langdauernden sehwachen Stromes abgeben kann.
In .der Praxis ist die Zeit, während wel cher der Zündstrom fliesst, viel länger, als es für die Zündung nützlich ist.
Die Fig. 1 stellt schematisch den Verlauf der Spannungskurve 1 an einer in gutem Zustande befindlichen Zündkerze unter nor malen Verhältnissen während eines Ziind- impulses dar. Es ist daraus zu sehen, da13 die Spannung während des ersten Augen blickes mit einer gewissen Geschwindigkeit zu dem Werte ansteigt, der zum Durch brechen der Funkenstrecke nötig ist.
Da während dieser Zeit die kleine Eigen kapazität der Zündanlage wie ein Konden sator wirkt und aufgeladen wird, so ent steht bei Beginn des Funkens eine kurze, starke, oszillatorische Entladung über die Funkenstrecke, die Kurve der Spannung geht daher unter die Null-Abszisse. Diese Entladung ist gedämpft, und je nach dem Grade ihrer Dämpfung oszilliert die Span nung einmal oder mehrmals durch Null.
Durch den Strom entsteht eine sehr starke Ionisierung, welche den Widerstand des CTasweges sehr stark vermindert, so dass sich ein Lichtbogen bei verhältnismässig niedri ger Spannung zwischen den Kerzenpolen bildet. Die Spannungslinie 1 des Diagrain- mes Nr. 1 verläuft daher nach der Oszil- lation für eine lange Zeit fast parallel der Abszisse.
ZV, ähreiic1 dieser ganzen Zeit durchfliesst ein Teil des Stromes den Shuntweg an der Kerze, wenn ein solcher sich gebildet hat. und daher wirkt der Strom während dieser ganzen Zeit reduzierend auf den Widerstand des Shuntweges.
Gemäss vorliegender Erfindung wird ein neues Verfahren gegeben, welches folgendes ermöglicht: 1. den Stromanteil. der durch den Shuntweg flie13t und daher für die Zün dung verloren geht, sehr beträchtlich zu ver mindern; ?. die Zeit, während welcher das elektromagnetiscllf# Feld seine ganze Energie hergibt, sehr beträchtlich abzukürzen, so dass der Zündstrom nicht länger fliesst, als es für die Zündung nötig ist, dass der Strom da für aber während dieser kürzeren Zeit sehr viel stärker ist.
Das neue Verfahren beruht darauf, dass der lange Dauerstrom, der normalerweise die Zündkerze wie beschrieben durchfliesst, un terdrückt -wird, indem mit dem Hoclispan- nungskreis eine Einrichtung verbunden -wird, welche den Stroinfluss jedesmal sofort nach seiner Entstehung unterbricht:
und welche gleich nach der Unterbrechung den St.rom fluss wieder herstellt. Werin dieses abwech selnde Unterbrechen und Wiederherstellen des Stromflusses geschieht, so kann der Strom der Sekundärspule des Zündapparates nicht als Dauerstrom fliessen, sondern er wird in eine Reihe schnell aufeinander folgender kurzer Impulse zerlegt. Hierzu kann im Prinzip jeder genügend schnell wirkende Stromunterbrecher benutzt werden.
Bei jeder Unterbrechung tvird dabei die Kapazität der Zündanlage aufgeladen. Die Fig. 2 stellt schematisch den Verlauf der Spannung an der Kerze, während eines Zünd- stromimpulses des Zündapparates nach dem neuen Verfahren dar. Aus Fig. 2 ist zu sehen, dass bei dem ersten Schliessen des Stromkreises die Spannung sehr viel steiler als normal zu dem für die Durchbrechung der Funkenstrecke der Kerze erforderlichen Wert: ansteigt, weil durch die Ladung der in dem Drahte vorhandenen Kapazität rela tiv viel Strom sofort verfügbar ist.
Dann beginnt der Strom oszillatorisch über die Funkenstrecke der Kerze zu fliessen, weil der durch die Drahtkapazität gebildete kleine Kondensator sich entlädt. Sobald der Licht bogen, der dann normalerweise auftreten würde, sich bilden will, wird der Strom fluss durch die Wirkung des Unterbrechers verhindert. Die Spannung an der Kerze ist also nun für eine kurze Zeit gleich 1ru11.
Gleich darauf wird der Stromkreis durch den Unterbrecher wieder geschlossen, und derselbe Vorgang wiederholt sich, solange der Zündapparat Strom liefert.
Aus dem schematischen SpanDungsdia- gra.mm Fig. 2 ersieht man an der Form der Spannungskurve 2, dass der Zündstrom, der bei jeder Unterbrechung die vorhandene Kapazität der Zündanlage auflädt, in Form von starken, kurzen oszillatorischen Strom stössen auftritt., deren Periodenzahl durch die vorhandene Kapazität und die Selbst induktion der Leitungen gegeben ist, und dass zwischen diesen Stromstössen Zeiten lie gen, in welchen keine Spannung an der Kerze vorhanden ist.
Daher fliesst ein sehr viel kleinerer An teil des ganzen Zündstromes durch den etwa vorhandenen Shuntweg, als es normal der Fall sein würde. Dieser Anteil ist besonders klein auch deswegen, weil die starken Strom stösse durch sehr starke Ionisierung den Widerstand der Kerzenfunkenstrecke beson ders stark vermindern. Der kleine Anteil des oszillatorischen Hoehfrequenzstromstosses, der den Shuntweg trotzdem durchfliesst, hat nicht nur keine schädliche, verkohlende Wirkung auf die shuntende Schicht, sondern er be seitigt diese Schicht sehr schnell, wie die Erfahrung gezeigt hat.
Der zweite Vorteil des neuen Verfahrens liegt: darin, cla.ss der normalerweise gleich nach der Bildung das Funkens auftretende Kurzsehlussstrom nicht entstehen kann, so class daher das elektromagnetische Feld nicht behindert -#vird. augenblic-klieh seine ganze elektrische Energie zu liefern. Wenn man die Fig. 1 und 2 vergleicht, so sieht man, dass die ganze Zeit des Ent- ladevorganges abgekürzt ist.
In Wirklichkeit ist die Verkürzung sehr viel stärker, als es in den Zeichnungen zu erkennen ist; denn bei genügend schnell er folgenden Unterbrechungen und Schliessun gen des Stromkreises kann die ganze Ent ladungszeit auf weniger als den zehnten Teil der normalen Zeit herabgesetzt werden.
Da diese Eigenschaft. des neuen Verfah rens eine sehr bedeutende Energiekonzen trierung darstellt und dadurch, eine ebenso bedeutende Erhöhung der Zündstromstärke verursacht, so ist sie noch wichtiger als die Verhütung des Kurzschlusses der Zünd- herzen. Denn dieses Argument macht die Anwendung des neuen Zündverfahrens auch für solche Motore vorteilhaft, welche nicht unter Öl oder Russ an .den Kerzen leiden.
Zur Ausführung des neuen Verfahrens ist jede Unterbreehereinrichtung geeignet, wel che genügend oft den Stromkreis zu öffnen und zu schliessen erlaubt. Solche Einrichtung könnte im Prinzip auch als mechanisch be triebene Unterbrecher ausgebildet sein.
Es ist selbstverständlie-h, dass, wie bei jedem Unterbreeher eine genügend grosse Kapazität der Stromquelle parallel liegen muss, um während der Zeit der Öffnung des Kreises die während) dieser Zeit gelieferte Energie aufzuspeichern.
Es ist klar, dass diese Kapazität um so kleiner sein kann, je kürzer die Zeit der Unterbrechung ist.
Da man nicht beliebig grosse Konden satoren bei Zündapparaten verwenden kann, weil die Energie, welche von Zündapparaten geliefert wird, von der Anzahl der in der Zeiteinheit erforderlichen Zündungen abhängt, und da. ausserdem grosse Kondensatoren für so hohe Spannungen teuer sind, so besteht ein Interesse, den Kondensator möglichst klein zu machen.
Ausserdem soll aber nicht nur die Öffnungszeit, sondern auch die Schlie ssungszeit möglichst kurz sein, damit der Kurzschlussstrom nicht schädlich-wirkt. Aiis diesen Gründen ist derjenige Stromunter brecher der beste \für das neue Verfahren, welcher die grösste Anzahl von Öffnungen und Schliessungen des Stromkreises in der Zeil- einheit erlaubt.
Die Funktion eines. für das vorliegende Verfahren geeigneten Unterbrechers bestellt darin, dass er periodisch den Widerstand des Zündstromkreises zwischen den Werten "nahezu null und praktisch unendlich" ver ändert. Es ist nicht erforderlich, .dass der Unterbrecher selbst seinen \Viderstand voll null bis unendlich verändert:., wie dies bei normalen mechanischen Unterbrechern mei stens der Fall ist.
Es genügen sehr starke und plötzliche Veränderungen des Wider standes für den vorliegenden Zweck; es ist daher möglich, eine Gasstrecke als veränder lichen Widerstand, also als Unterbrecher, für diesen Zweck auszubilden, wenn sie die Eigenschaft hat, bei grosser Stromstärke ihren Widerstand auf nahezu null zu redu zieren und sehr schnell bei abnehmendeFTi, Strom ihren, hohen Anfangswiderstand wie der zu erlangen.
Diese Eigenschaft besitzt eine CTaSStreeli(, in um so höherem Masse, ,je kürzer sie ist. Mit den bekannten Löschfunkenstrecken lassen sich bis zu etwa. 8000 Unterbrechungen des Stromes in der Sekunde erzeugen, wenn die Länge der Strecke. wie üblich, etwa 0,1 bis 0,2 mm beträgt und wenn ein entsprechend ;
rosser Kondensator parallel zur sekundären Wicklung des Zündapparates geschaltet wird. Aber die Unterbrechungen sind nicht ge nügend regelmässig und zuverlässig, und die Funktion solcher normalen Löschfunken- strecken ist nicht. genügend sicher, selbst wenn ihre Elektrodenflächen aus Silber be- tehen, weil die: Funken die glatten<B>EI</B> lek- trodenflächen verbrennen und .daher kleine Erhöhungen hervorrufen, welche bald zu einem Kontakt zwischen den Elektroden führen.
Den Abstand noch kleiner zu machen als 0,1. mm ist- aus diesem Grunde überhaupt citisgecchlossen.
Es wurde nun festgestellt, dass solche. 11etalle, wie. Aluminium, Magnesium, Zinn und auch Wolfram und deren Legierungen, das heisst Metalle, deren beim Funkenstromdurcli- gang erzeugte Oxyde nichtleitend sind, sich be sonders zur Herstellung von schnell wirken den automatischen Unterbrecherfunkenstrek- ken eignen, da, der Abstand zwischen solchen Elektroden sehr viel kleiner gemacht wer den kann, weil die Berührung der einmal oxydierten.
Flächen untereinander bei solchen Metallen keinen Kurzschluss herbeiführt. Man kann mit solchen Metallen zuverlässig arbeitende Funkenstrecken herstellen, deren Funken nur wenige Tausendstel eines Milli meters lang sind, so dass das Potentialgefälle zwischen je zwei Elektroden praktisch nur aus dem Kathodengefälle besteht.
Daher wird die Ionisierung dieser Fun- henstrecken ausserordentlich schnell beseitigt. Sie brauchen nicht die bei Löschfunken- strecken üblichen grossen Flächen zu haben und erfordern h@#üif# besondere Kühlung.
Der Absta.i?d kann in bekannter Wei-"e. zum Beispiel durch Glimmer oder Papier oder sogar durch die Oxydschielit selbst. auf recht erhalten werden.
Voll diesen Funkenstrecken schaltet inan eine Anzahl in Serie und legt diese An ordnung. ohne dass ei.n extra Kondensator erforderlich ist. in den Zündstromkreis, a.ni besten ,je eine- Serie solcher Strecken dicht vor jede Zündkerze. Da die Anordnung we nig Raum beansprucht. kann sie auch in die Kerze eingebaut. werden.
Es genügt aber auch, eine solche Serie von Funkenstrecken vor dem Verteiler einzuschalten, v oraus- gesetzt, dass dann die Kapazität der Zünd. anlage vor der Funkenstreekenserie gross ge nug ist, uni den Strom während der Unter brechungen aufzuspeichern.
Es genügt-, bei einer Serie voll solchen sehr kurzen Funkenstrecken dafür .eine Ka pazität voll etwa. 80 cm, beziehungsweise von 80 bis 50 i#,filzromikrofara,ds. Bei Au- bringung der Anordnung dicht all der Kerze ist diese kleine Kapazität immer als natürliche Kapazität der * Leitungen vorhanden. Die <RTI
ID="0004.0103"> erforderliche Kapazität kann deswegen so klein sein, weil der so kon- struierte automatische Stromunterbrecher mehr als 100,000 Unterbrechungen und Schliessungen des Stromkreises. in einer Se kunde auszuführen vermag.
Fig. 3 stellt eine Ausführungsform des neuen Apparates in natürlicher Grösse im Schnitt dar. Die isolierende Röhre 3 ist mit den Anschlüssen 4 für die Zündkerze und 5 für das Zündkabel versehen. In Kontakt mit diesen Anschlüssen befinden sich die kleinen Elektroden 6, zwischen denen die Entladungen auftreten. Fig. 3a zeigt den gleichen Apparat in Ansicht. In dieser Fi gur sind. bei 7 kleine Schaulöcher angedeutet, welche man zur Beobachtung der Entladung anbringen kann. Selbstverständlich lässt sich die Ausführung dieses Apparates beliebig variieren.
Fig. 4 zeigt, wie deT Apparat in die Zündleitung eingeschaltet wird, unter der Voraussetzung eines Motors, mit zwei Zy lindern. In dieser Figur bedeutet 8 die Hoch spannungsstromquelle. 9 den Verteiler. 10 je einen der neuen Stromunterbrecher, 11 je eine Zündkerze.
Die Anzahl der bei jeder Serie zu ver wendenden Funkenstrecken hängt von der Leistung des Zündapparates ab. Bei nor malen Zündapparaten genügt es, vier sol che Strecken in Serie zu benutzen, wenn jede dieser Strecken etwa fünf Hundertstel Milli meter lang ist, oder einige Strecken mehr, wenn sie mit kleinerem Abstand eingestellt sind.
Nur für sehr starke Zündenergien nimmt man besser noch mehr Strecken in Serie und für sehr schwache Zündapparate genügen auch weniger. .
Um eine kurze Bezeichnung für diese neue Anordnung zu geben, wird sie im Folgenden als Stromwandler bezeichnet; diese Bezeichnung entspricht ihrer Funktion, denn sie verwandelt den schwachen Strom impuls des Magnetos in eine Reihe starker, kurzer, oszillatorischer Stromstösse.
Die Anforderungen" welche ein solcher Stromwandler zu erfüllen hat, sind ganz andern Grades als diejenigen, welche bei der normalen Verwendung in der Funkentelegra- phie die Löschfunkenstrecken zu erfüllen haben. Die Löschfunkenstrecken brauchen nur unter ganz besonderen und durch die Kopplung mit der Antenne geregelten Bedin gungen zu funktionieren, und versagen be kanntlich, wenn sie ohne Antennenkreis ar beiten sollen, weil .dann die ganze elektrische Energie in ihnen selbst vernichtet werden muss.
Ausserdem brauchen sie bei jeder halben Periode des speisenden Wechsel stromes nur einmal zu durchschlagen und haben dann Zeit, ihre Entionisierüng bis zur nächsten halben Periode zu einer Zeit zu vollziehen, während welcher die Span nung des Wechselstromes gleich null ist.
Bei einem speisenden Wechselstrom von 500 Perioden pro Sekunde brauchen sie also nur 1000 mal in der Sekunde zu zünden und zu löschen, während der Stromwandler in der Lage sein muss, unter sehr-wechseln- den Bedingungen, zum Beispiel bei verschie dener Kompression des Gases an der Kerze, bis etwa. 1.00,000 Unterbrechungen und Schliessungen in der Sekunde auszuführen, obgleich die hohe Spannung des Zünd apparates nicht bei jeder Unterbrechung durch Null geht.
Ausserdem verbraucht bei der sonstigen Verwendung eine Serie von Löschfunkenstrecken die ganze Spannung der Stromquelle, während der Stromwandler nur einen sehr geringen Teil der vorhandenen Spannung verbrauchen darf. Bei jeder Schlie ssung des Stromwandlers erfolgt eine partielle Entladung des magnetischen Feldes, wäh rend bei den Löschfunkenstrecken in der Funkentelegraphie jedesmal das ganze Magnetfeld entladen wird. Es ist klar, dass auch beim Stromwandler jede einzelne Pa,rtial- entladung des Feldes um so stärker wird, je grösser die Kapazität ist; welche die La dung während der Unterbrechung aufnimmt.
Daher wird die ganze Zeit, während welcher das magnetische Feld verbraucht werden kann, um so kürzer, je grösser die Kapazität gemacht wird, und um so weniger partielle Entladungen sind dafür erforderlich. Ebenso nimmt die Zahl :der Partia.l- (;ntladungen und die ganze Zeit des Energie umsatzes ab, je mehr Funkenstrecken in Serie angewendet werden.
Die Zahl der in Serie verwendbaren Funkenstrecken ist jedoch dadurch limitiert, dass man am Stromwandler selbst so wenig Spannung wie möglich verlieren will.
Es ist ein Vorteil des neuen Stromwand lers, dass er die ganze Zündenergie steuert und dabei nur so wenig Spannung verbra.uvtit wie eine normale Funkenstrecke von etwa @.? bis 0,4 Millimeter Länge unter gewöhn liebem Luftdruck.