DE102004016919B4

DE102004016919B4 - Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004016919B4
Application number: DE102004016919A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Naruse; Hisanori Nobe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: JP2005098144A; DE102004016919A1; JP3842260B2; US20050061307A1; US7007683B2

Abstract

Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend:
eine Zündspule (1) mit einer Primärspule (2) und einer Sekundärspule (3); und
eine Schalteinrichtung (10; 10A; 10B; 10C; 10D; 10E), weiche einen Strom an die Primärspule (2) der Zündspule (1) liefert und unterbricht zur Erzeugung einer Zünd-Hochspannung in der Sekundärspule (3) der Zündspule (1) auf der Grundlage einer impulsförmigen Zündsignalspannung (Vi) mit einem ansteigenden Abschnitt (SU) und einem abfallenden Abschnitt (SD);
wobei die Schalteinrichtung (10; 10A; 10B; 10C; 10D; 10E), die keinen an einer Stromquelle liegenden Energieversorgungsanschluss aufweist, folgende Anschlüsse umfasst:
einen Eingangsanschluss (10b) zum Empfangen der Zündsignalspannung (Vi),
einen mit der Primärspule (2) der Zündspule (1) verbundenen Ausgangsanschluss (10a), und
einen an ein Referenzpotential (GND) angeschlossenen Referenzpotential-Anschluss (10c); und
ein Schaltelement (20; 20A; 20B) mit Hauptelektroden (C; E), die zwischen den Eingangsanschluss (10a) und den Referenzpotential-Anschluss (10c) geschaltet sind, und mit einer Steuerelektrode (G);
wobei das...

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Zündvorrichtung umfasst eine Zündspulenanordnung mit einer Primärspule und einer Sekundärspule sowie einen Schalter zum Zuführen eines Stroms an die Primärspule und zum Unterbrechen des durch die Primärspule fließenden Stroms, um dadurch in der Sekundärspule eine Hochspannung und somit eine Zündsignalspannung zu erzeugen, welche impulsförmig ist und einen ansteigenden Abschnitt und einen abfallenden Abschnitt aufweist.
Eine für eine Brennkraftmaschine bestimmte Zündvorrichtung dieser Art ist bekannt, z. B. aus der US 6 336 448 B1 . Die hieraus bekannte Zündvorrichtung umfasst eine Schalteinrichtung, die drei Anschlüsse aufweist, nämlich einen Eingangsanschluss zum Zuführen der Zündsignalspannung, einen mit der Primärspule der Spulenanordnung verbundenen Ausgangsanschluss und einen Referenzpotentialanschluss, der an einem Referenzpotential liegt.
Ferner ist aus der US 5 070 853 eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt mit einer Wellenform-Formerschaltung, einer Treiberschaltung und einer Leistungs-Transistorschaltung, die jeweils an eine Batterie angeschlossen sind. Die hieraus bekannte Zündvorrichtung hat also keine Schalteinrichtung mit drei Anschlüssen nach Art der oben erwähnten US 6 336 448 B1 .
Ferner ist auch aus der JP 2 749 714 B2 eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Eine Schalteinrichtung weist drei Anschlüsse auf, von denen einer mit der Primärspule der Zündspulenanordnung verbunden ist, ein weiterer Anschluss für die Eingabe einer Zündsignalspannung und dritter Anschluss zur Eingabe eines Referenzpotentials dient. Jedoch besitzt die dort beschriebene Zündvorrichtung keinen Anschluss an eine Energieversorgungseinrichtung, da ein Schalter dieser Zündvorrichtung, der mit der Primärspule der Zündspulenanordnung direkt verbunden ist, von der an einen Eingangsanschluss angelegten Zündsignalspannung betrieben wird. Dabei muss in Kauf genommen werden, dass eine Änderung des Pegels des Referenzpotentials für die Zündsignalspannung die Schaltzeiten beeinflusst werden, wenn der Schalter ein- und ausgeschaltet wird, und dass infolgedessen die Zündcharakteristik ungünstiger wird.
Dies wird nachfolgend näher erläutert. Die Zündsignalspannung wird beispielsweise durch eine elektronische Schaltungseinheit (ECU) zur Steuerung der Brennkraftmaschine erzeugt und dem Eingangsanschluss eines Schaltkreises der Zündvorrichtung zugeführt. Ist der Bezugspotential-Anschluss der ECU mit einem gemeinsamen Potentialpunkt durch einen ersten parasitären Widerstand verbunden, und der Bezugspotential-Anschluss der Zündvorrichtung mit dem gemeinsamen Potentialpunkt durch einen zweiten parasitären Widerstand verbunden, wird die ECU nicht nur für eine Generierung der Zündsignalspannung verwendet, sondern auch für eine andere Signalverarbeitung. Dabei wird in dem Fall, in dem die Zündsignalspannung in einem Zustand generiert wird, in dem ein Strom durch den ersten parasitären Widerstand fließt, die Zündsignalspannung dem Eingangsanschluss der Zündvorrichtung in der Form zugeführt, in der eine Basisspannung, die an beiden Enden des ersten parasitären Widerstand generiert wird, der Zündsignalspannung hinzugefügt wird. Da der Pegel der Basisspannung, die in der Zündsignalspannung inkludiert ist, abhängig von dem Strom der ECU variiert, wird schließlich eine Pegelabweichung entsprechend der Basisspannung der Zündsignalspannung übergeben. Die Zündvorrichtung bringt den Schalter z. B. in einer Erregungszeiteinstellung in einen Ein-Zustand, wenn der Pegel in einem ansteigenden Abschnitt der Zündsignalspannung einen vorbestimmten Wert annimmt oder größer wird, und bringt den Schalter in einer Zündzeiteinstellung in einen Aus-Zustand, wenn der Pegel in einem abfallenden Abschnitt der Zündsignalspannung den vorbestimmten Wert annimmt oder kleiner wird. Die Abweichung in der Basisspannung, die in der Zündsignalspannung inkludiert ist, stört jedoch diese Zeiteinstellungen und verschlechtert die Zündcharakteristik der Zündvorrichtung.
Die Abweichung in der Erregungszeiteinstellung verringert z. B. eine Erregungszeit der Primärspule der Zündspule und die Zündenergie. Außerdem verändert die Abweichung in der Zündzeiteinstellung eine Zündzeiteinstellung für eine Brennkraftmaschine und mindert die von ihr abgegebene Leistung. Im ungünstigsten Fall wird es wegen eines Anstiegs des Pegels der Zündsignalspannung unmöglich, den Schalter in dem abfallenden Abschnitt der Zündsignalspannung abzuschalten, und es wird eine Fehlzündung verursacht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Art der im ersten Absatz dieser Beschreibung zu schaffen, mit einer Schalteinrichtung, die ohne separaten Anschluss an Energieversorgung betrieben werden kann, ohne dass die Zündcharakteristik beeinträchtigt wird, wenn sich der Referenzpotentialpegel der Zündsignalspannung ändert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer für eine Brennkraftmaschine geeigneten Zündvorrichtung nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
Weiterbildungen und Ausführungsformen dieser Zündvorrichtung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 18 hervor.
Im besonderen umfasst eine erfindungsgemäße Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eine Zündspulenanordnung (nachfolgend auch kurz ”Zündspule” genannt) und eine Schalteinrichtung (nachfolgend teilweise auch ”Schaltkreis” genannt). Die Zündspule hat eine Primärspule und eine Sekundärspule, und der Schaltkreis unterbricht einen Strom der Primärspule der Zündspule auf der Basis einer Zündsignalspannung, um eine Hochspannung für eine Zündung in der Sekundärspule der Zündspule zu generieren. Die Zündsignalspannung, die in dieser Erfindung verwendet wird, ist eine impulsartige Spannung, die einen ansteigenden Abschnitt und einen abfallenden Abschnitt inkludiert. Der Schaltkreis hat keinen Energieversorgungsanschluss, der mit einer Batterie verbunden ist, sondern ist durch einen Ausgangsanschluss, der mit der Primärspule der Zündspule verbunden ist, einen Eingangsanschluss zum Empfangen der Zündsignalspannung und einen Bezugspotenzialanschluss aufgebaut.
Der Schaltkreis inkludiert ein Schaltelement, einen Ansteuerwiderstand für das Schaltelement, eine Stromversorgungsschal tung und eine Wellenform-Formerschaltung. Das Schaltelement ist zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Bezugspotenzialanschluss verbunden, legt den Strom zu der Primärspule der Zündspule in einem Ein-Zustand an und unterbricht den Strom zu der Primärspule, wenn ein Aus-Zustand veranlasst wird. Die Stromversorgungsschaltung ist zwischen dem Eingangsanschluss und dem Bezugspotenzialanschluss verbunden und führt dem Ansteuerwiderstand einen Strom zu. Die Wellenform-Formerschaltung steuert einen Ansteuerstrom von der Stromversorgungsschaltung zu dem Ansteuerwiderstand, bringt das Schaltelement auf der Basis des Beginns einer Zuführung des Ansteuerstroms in den Ein-Zustand und bringt das Schaltelement auf der Basis einer Unterbrechung des Ansteuerstroms in den Aus-Zustand.
Die Wellenform-Formerschaltung inkludiert eine Vergleichssignalgenerierungsschaltung zum Generieren eines Vergleichssignals auf der Basis der Zündsignalspannung und eine Bezugssignalgenerierungsschaltung zum Generieren eines Bezugssignals auf der Basis der Zündsignalspannung, beginnt, den Ansteuerstrom zu dem Ansteuerwiderstand von der Stromversorgungsschaltung zuzuführen, wenn das Vergleichssignal in dem ansteigenden Abschnitt der Zündsignalspannung größer als das Bezugssignal wird, und unterbricht den Ansteuerstrom, wenn das Vergleichssignal in dem abfallenden Abschnitt der Zündsignalspannung kleiner als das Bezugssignal wird.
In der Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Erfindung hat das Schaltelement den Energieversorgungsanschluss nicht, der mit einer Batterie verbunden ist, sondern hat die drei Anschlüsse des Ausgangsanschlusses, des Eingangsanschlusses und des Bezugspotenzialanschlusses, und der Anschlussaufbau kann vereinfacht werden. Außerdem inkludiert die Stromversorgungsschaltung die Wellenform-Formerschaltung, die Wellenform-Formerschaltung inkludiert die Vergleichssignalgenerierungsschaltung zum Generieren des Vergleichssignals auf der Basis der Zündsignalspannung, und die Bezugssignalgenerierungsschaltung zum Generieren des Bezugssignals auf der Basis der Zündsignalspannung beginnt, den Ansteuerstrom zu dem Ansteuerwiderstand von der Stromversorgungsschaltung zuzuführen, wenn das Vergleichssignal in dem ansteigenden Abschnitt der Zündsignalspannung größer als das Bezugssignal wird, und unterbricht den Ansteuerstrom, wenn das Vergleichssignal in dem abfallenden Abschnitt der Zündsignalspannung kleiner als das Bezugssignal wird. Selbst wenn der Bezugspotenzialpegel der Zündsignalspannung variiert, kann entsprechend das Schaltelement bei genaueren Zeiteinstellungen sicher ein- und ausgeschaltet werden, und die Verschlechterung einer Zündcharakteristik kann vermieden werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung;
2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung;
3 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung;
4 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung;
5 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung;
6 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 der Erfindung;
7 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der Erfindung;
8 weitere Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der Erfindung in den Teil-Diagrammen (a), (b) und (C);
9 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 der Erfindung;
10 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung;
11 weitere Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung in den Teil-Diagrammen (a) und (b);
12 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung in Teildarstellung in Bezug auf einen IGBT;
13 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der Erfindung;
14 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 6 der Erfindung;
Nachfolgend werden die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben.
Ausführungsform 1
1 zeigt Ausführungsform 1 einer Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Erfindung. 2 und 3 sind Charakteristikdiagramme zum Erläutern der Operation der Ausführungsform 1.
Die Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Ausführungsform 1 ist eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der in einem Automobil angebracht ist, und inkludiert eine Zündspule 1, eine Zündansteuerschaltung 5 und einen Schaltkreis 10. Die Zündspule 1 inkludiert eine Primärspule 2 und eine Sekundärspule 3 und ist mit einem Energieversorgungsanschluss VB, wie etwa einer an Bord befindlichen Batterie, verbunden. Die an Bord befindliche Batterie hat z. B. 12 Volt, und der Energieversorgungsanschluss VB hat z. B. 12 Volt. Eine Zündkerze 4 ist mit der Sekundärspule 3 verbunden. Diese Zündkerze 4 ist in einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors angeordnet und zündet Kraftstoff, wie etwa Benzin, der in die Verbrennungskammer zugeführt wird, um ihn zu verbrennen.
Die Zündansteuerschaltung 5 ist in einer elektronischen Steuereinheit (electronical control unit, ECU) inkludiert, die in dem Automobil angebracht ist. Diese elektronische Steuereinheit hat einen eingebauten Mikroprozessor, Speicher, Eingangs-/Ausgangsschaltung und dergleichen, und steuert intensiv verschiedene elektrische Lasten des Automobils. Die Zündansteuerschaltung 5 inkludiert z. B. einen PNP-Ansteuertransistor 6. Dieser Ansteuertransistor 6 ist ein Bipolartransistor, sein Emitter ist mit dem Energieversorgungsanschluss VB oder einer internen Energieversorgung der ECU verbunden, und sein Kollektor ist mit einem Zündsignalanschluss 5a durch einen Widerstand 7 verbunden. Die Basis des Ansteuertransistors 6 wird durch die elektronische Steuereinheit (ECU) gesteuert, und eine Zündsignalspannung Vi wird an dem Zündsignalanschluss 5a generiert. Diese Zündsignalspannung Vi ist die Signalspannung mit z. B. einer Impulsgestaltwellenform.
Der Schaltkreis 10 ist durch drei Anschlüsse aufgebaut, d. h. einen Ausgangsanschluss 10a, einen Eingangsanschluss 10b und einen Bezugspotenzialanschluss 10c. Der Ausgangsanschluss 10a ist direkt mit der Primärspule 2 der Zündspule 1 verbunden, und der Eingangsanschluss 10b ist direkt mit dem Zündsignalanschluss 5a der Zündansteuerschaltung 5 verbunden. Außerdem ist der Bezugspotenzialanschluss 10c direkt mit einem gemeinsamen Potenzialpunkt GND, wie etwa einem Fahrzeugkörper, verbunden. Dieser gemeinsame Potentialpunkt GND wird allgemein Masse genannt, und Bezugspotenzialanschlüsse verschiedener elektronischer Ausrüstungen, die in dem Automobil angebracht sind, z. B. die elektronische Steuereinheit (ECU), sind auch gemeinsam mit dem gemeinsamen Potenzial GND verbunden. Der Schaltkreis 10 hat keinen Energieversorgungsanschluss, der mit dem Energieversorgungsanschluss VB der Batterie oder dergleichen verbunden ist, und der Anschlussaufbau dieses Schaltkreises 10 ist durch die drei Anschlüsse aufgebaut, d. h. den Ausgangsanschluss 10a, den Eingangsanschluss 10b und den Bezugspotenzialanschluss 10c. Da der Anschlussaufbau, der aus den drei Anschlüssen besteht, nicht den Energieversorgungsanschluss inkludiert, ist er vereinfacht.
Es wird der innere Aufbau des Schaltkreises 10 beschrieben. Dieser Schaltkreis 10 inkludiert eine Zündsignalleitung 11, eine Bezugspotenzialleitung 12, ein Schaltelement 20, einen Ansteuerwiderstand 20R für das Schaltelement 20, eine Stromversorgungsschaltung 30, eine Konstantstromschaltung 40 und eine Wellenform-Formerschaltung 50.
Die Zündsignalleitung 11 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen Eingangswiderständen 13 und 14 verbunden, und die Bezugspotenzialleitung 12 ist mit dem Bezugspotenzialanschluss 10c verbunden. Die Eingangswiderstände 13 und 14 sind in Reihe miteinander zwischen dem Eingangsanschluss 10b und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden, teilen die Zündsignalspannung Vi, die zu dem Zündsignalanschluss 5a ausgegeben wird, und geben eine spannungsgeteilte Zündsignalspannung Vio zu der Zündsignalleitung 11 aus.
Das Schaltelement 20 ist ein Leistungsschaltelement zum Ein- und Ausschalten einer Erregungsschaltung für die Primärspule 2 der Zündspule 1. In der Ausführungsform 1 wird ein Leistungshalbleiterschaltelement, das ein IGBT genannt wird, verwendet. Dieser IGBT ist ein Bipolartransistor mit isoliertem Steuergate und inkludiert drei Anschlüsse von einem Kollektor C, einem Emitter E und einem Gate G. Der Kollektor C dieses Schaltelementes 20 ist direkt mit dem Ausgangsanschluss 10a verbunden, und der Emitter E ist direkt mit dem Bezugspotenzialanschluss 10c verbunden. Ein Ende des Ansteuerwiderstandes 20R ist direkt mit dem Gate G des Schaltelementes 20 verbunden, das andere Ende davon ist direkt mit dem Emitter E des Schaltelementes 20 verbunden, und dieser Ansteuerwiderstand 20R führt dem Schaltelement 20 eine Gate-Spannung Vg zu.
2 zeigt die Änderung der Zündsignalspannung Vio und der Gate-Spannung Vg. In 2 zeigt die vertikale Achse die Spannung an, und die horizontale Achse zeigt die Zeit an. Die Zündsignalspannung Vio ist eine impulsartige Spannung und inkludiert einen ansteigenden Abschnitt SU an einem vorderen Ende und einen abfallenden Abschnitt SD an einem hinteren Ende. Da die Gate-Spannung Vg auf der Basis der Zündsignalspannung Vio generiert wird, ist auch sie eine impulsartige Spannung ähnlich zu der Zündsignalspannung Vio.
In dem ansteigenden Abschnitt SU der Zündsignalspannung Vio beginnt die Stromversorgungsschaltung 30, den Ansteuerstrom zu dem Ansteuerwiderstand 20R zuzuführen, die Gate-Spannung Vg, die an beiden Enden des Ansteuerwiderstandes 20R generiert wird, steigt an, und das Schaltelement 20 wird in einer Zeiteinstellung ton eingeschaltet, wenn diese Gate-Spannung Vg eine Schwellenspannung Vth des Schaltelementes 20 überschreitet, und eine Erregung zu der Primärspule 2 der Zündspule von dem Energieversorgungsanschluss VB wird gestartet. Die Zeiteinstellung ton ist die Erregungszeiteinstellung.
Außerdem wird in dem abfallenden Abschnitt SD der Zündsignalspannung Vio das Schaltelement 20 in einer Zeiteinstellung toff ausgeschaltet, wenn die Gate-Spannung Vg die Schwellenspannung Vth oder kleiner wird. In dem Ein-Zustand sendet das Schaltelement 20 einen Strom zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E und sendet den Strom zu der Primärspule 2 der Zündspule 1. In der Zeiteinstellung toff, wenn das Schaltelement 20 ausgeschaltet ist, wird der Strom, der durch die Primärspule 2 fließt, unterbrochen, und eine Hochspannung für eine Zündung wird in der Sekundärspule 3 generiert und die Zündkerze 4 wird veranlasst, einen Zündfunken zu generieren. Die Zeiteinstellung toff ist die Zündzeiteinstellung.
Die Stromversorgungsschaltung 30 ist zwischen der Zündsignalleitung 11 und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Diese Stromversorgungsschaltung 30 inkludiert eine Stromspiegelschaltung 33 mit zwei Ausgangstransistoren 31 und 32. Die Transistoren 31 und 32 sind z. B. P-Kanal-MOS-Transistoren, beide ihre Sourcen S sind direkt mit der Zündsignalleitung 11 verbunden, und ihre Gates sind miteinander verbunden und sind mit einem Drain D des Transistors 31 verbunden. Der Drain D des Ausgangstransistors 31 ist mit der Bezugspotenzialleitung 12 durch einen Konstantstromtransistor 41 der Konstantstrom schaltung 40 verbunden, und ein Drain D des Ausgangstransistors 32 ist mit der Bezugspotenzialleitung 12 durch den Ansteuerwiderstand 20R verbunden.
Die Konstantstromschaltung 40 inkludiert obere Transistoren 42 und 43, untere Transistoren 44 und 45 und Starttransistoren 48 und 49 ebenso wie die Konstantstromschaltung 41. Die oberen Transistoren 42 und 43 sind z. B. P-Kanal-MOS-Transistoren, und der Konstantstromtransistor 41, die unteren Transistoren 44 und 45 und Starttransistoren 48 und 49 sind N-Kanal-MOS-Transistoren.
Eine Source S des oberen Transistors 42 ist mit der Zündsignalleitung 11 durch einen Widerstand 46R und eine Diode 46D verbunden, und eine Source S des Transistors 43 ist mit der Zündsignalleitung 11 durch eine Diode 47 verbunden. Eine Anode der Diode 46D ist mit der Zündsignalleitung 11 verbunden, und eine Kathode davon ist mit der Source S des Transistors 42 durch den Widerstand 46R verbunden. Eine Anode der Diode 47 ist mit der Zündsignalleitung 11 verbunden, und eine Kathode davon ist mit der Source S des Transistors 43 verbunden. Gates dieser Transistoren 42 und 43 sind miteinander verbunden und sind mit einem Drain D des Transistors 43 verbunden.
Drains D der unteren Transistoren 44 und 45 sind direkt mit den Drains D der oberen Transistoren 42 und 43 verbunden, und Sources S der Transistoren 44 und 45 sind direkt mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Gates dieser Transistoren 44 und 45 sind miteinander verbunden, und sind direkt mit einem Gate des Konstantstromtransistors 41 verbunden, und sind ferner mit dem Drain D des Transistors 42 verbunden.
Ein Drain D des Starttransistors 48 ist direkt mit einem Gate des Transistors 49 verbunden und ist mit der Zündsignallei tung 11 durch einen Startwiderstand 48R verbunden. Ein Gate des Transistors 48 ist direkt mit den Gates der unteren Transistoren 44 und 45 verbunden, und eine Source S dieses Transistors 48 ist direkt mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Ein Drain D des Transistors 49 ist mit dem Gate und dem Drain D des Transistors 43 verbunden, und ist mit dem Drain D des Transistors 45 verbunden. Eine Source S dieses Transistors 49 ist direkt mit der Bezugssignalleitung 12 verbunden.
Die Konstantstromschaltung 40 wird durch die Starttransistoren 48 und 49 gestartet. Zuerst wird in dem ansteigenden Abschnitt SU der Zündsignalspannung Vio der Starttransistor 49 durch die Erhöhung der Zündsignalspannung Vio eingeschaltet, und das Gate-Potenzial der Transistoren 42 und 43 wird veranlasst, sich dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung 12 anzunähern. Als ein Ergebnis fließen Ströme zwischen den Sources S und den Drains D der Transistoren 42 und 43, die Gate-Potenziale der Transistoren 44, 45 und 48 nähern sich dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung 12 an, und Ströme fließen zwischen den Sources S und den Drains D dieser Transistoren 44, 45 und 48. Da die Gate-Potenziale der Transistoren 44, 45 und 48 auf einem angegebenen Wert gehalten werden, werden die Ströme, die durch die Transistoren 42 und 44 und die Transistoren 43 und 45 fließen, auf konstanten Werten gehalten, und der Konstantstromtransistor 41 arbeitet, um einen konstanten Strom von den Ausgangstransistoren 31 und 32 zu ziehen. Wie oben angegeben, arbeitet der Konstantstromtransistor 41 der Konstantstromschaltung 40, um den konstanten Strom von den Ausgangstransistoren 31 und 32 auf der Basis der Zündsignalspannung Vio der Zündsignalleitung 11 zu ziehen.
Ein Steuertransistor 34 ist mit dem Ausgangstransistor 31 der Stromversorgungsschaltung 30 verbunden, und der Steuertran sistor 34 wird durch Eingangstransistoren 35 und 36 ein-/ausgesteuert. Der Steuertransistor 34 ist ein P-Kanal-MOS-Transistor, seine Source ist direkt mit der Source S des Ausgangstransistors 31 verbunden, und ein Drain D des Steuertransistors 34 ist direkt mit dem Drain D des Ausgangstransistors 31 verbunden. Die Eingangstransistoren 35 und 36 sind N-Kanal-MOS-Transistoren. Ein Drain D des Eingangstransistors 35 ist mit der Zündsignalleitung 11 durch einen Widerstand 37 verbunden, und seine Source S ist direkt mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Ein Drain D des Eingangstransistors 36 ist mit der Zündsignalleitung 11 durch Widerstände 38 und 39 verbunden, und seine Source S ist direkt mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 38 und 39 ist mit einem Gate des Steuertransistors 34 verbunden.
In dem ansteigenden Abschnitt SU der Zündsignalspannung Vio wird zuerst der Eingangstransistor 35 ausgeschaltet, und als ein Ergebnis wird der Eingangstransistor 36 eingeschaltet, und der Steuertransistor 34 wird auch eingeschaltet. Wenn der Steuertransistor 34 in einem Ein-Zustand ist, umgeht, selbst wenn der Konstantstromtransistor 41 den konstanten Strom zieht, der gesamte Strom den Ausgangstransistor 31 durch den Steuertransistor 34 und fließt, so dass der Strom nicht durch die Ausgangstransistoren 31 und 32 fließt.
Die Wellenform-Formerschaltung 50 ist zwischen der Zündsignalleitung 11 und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Die Wellenform-Formerschaltung 50 inkludiert eine Bezugssignalgenerierungsschaltung SS, eine Vergleichssignalgenerierungsschaltung PS, einen Komparator 51 und einen Eingangswiderstand 52. Die Bezugssignalgenerierungsschaltung SS inkludiert den Eingangswiderstand 14 und eine Diode 15, die parallel zu diesem verbunden ist. Eine Anode der Diode 15 ist direkt mit der Zündsignalleitung 11 verbunden, eine Kathode da von ist direkt mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden, und ein Bezugssignal Vs wird an der Anode der Diode 15 generiert.
Die Vergleichssignalgenerierungsschaltung PS ist zwischen der Zündsignalleitung 11 und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Die Vergleichssignalgenerierungsschaltung PS inkludiert ein Paar von MOS-Transistoren 54 und 55 und eine Proportionalstromquelle 56. Die Transistoren 54 und 55 sind P-Kanal-MOS-Transistoren, ihre Sourcen S sind direkt mit der Zündsignalleitung 11 verbunden, und ihre Gates sind miteinander verbunden und sind mit einem Drain D des Transistors 54 verbunden. Die Proportionalstromquelle 56 ist zwischen dem Drain D des Transistors 54 und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Der Eingangswiderstand 52 ist zwischen einem Drain D des Transistors 55 und dem Bezugspotenzial 12 verbunden, und dieser Eingangswiderstand 52 generiert ein Vergleichssignal Vc.
Der Komparator 51 inkludiert einen Minusseiteneingang ”a”, einen Plusseiteneingang ”b” und einen Ausgang ”c”. Der Minusseiteneingang ”a” ist mit der Anode der Diode 15 verbunden und empfängt das Bezugssignal Vs. Der Plusseiteneingang ”b” ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Drain D des Transistors 55 und dem Eingangswiderstand 52 verbunden, und empfängt das Vergleichssignal Vc. Der Ausgang ”c” des Komparators 51 ist direkt mit einem Gate des Eingangstransistors 35 der Stromversorgungsschaltung 30 verbunden. Eine Wellenform-Formerausgabe Vo wird an dem Ausgang ”c” des Komparators 51 generiert, und diese wird dem Gate des Eingangstransistors 35 zugeführt.
3 ist ein Charakteristikdiagramm zum Erläutern der Operation der Wellenform-Formerschaltung 50. In 3 zeigt die vertikale Achse auch die Spannung an, und die horizontale Achse zeigt die Zeit an. Obwohl die Zündsignalspannung Vio eine impulsartige Spannung ist, wie in 2 gezeigt wird, zeigt 3 ihren ansteigenden Abschnitt SU und ihren abfallenden Abschnitt SD, während die Zeitachse vergrößert ist. Der Pegel der Zündsignalspannung SU wird mit dem Verlauf der Zeit in dem ansteigenden Abschnitt SU erhöht, und der Pegel der Zündsignalspannung Vio verringert sich mit dem Verlauf der Zeit in dem abfallenden Abschnitt SD.
In dem ansteigenden Abschnitt SU der Zündsignalspannung Vio wird, während die Zündsignalspannung Vio erhöht wird, das Bezugssignal Vs nacheinander bis zu einer Vorwärtsrichtungssättigungsspannung der Diode 15 erhöht. Andererseits zieht, wenn der Pegel der Zündsignalspannung Vio erhöht wird, die Proportionalstromquelle 56 einen proportionalen Strom, der abhängig davon erhöht wird, von den Transistoren 54 und 55, so dass das Vergleichssignal Vc auch aufeinanderfolgend erhöht wird, wenn die Zündsignalspannung Vio erhöht wird. Das Vergleichssignal Vc erreicht einen Spannungspegel Vt, der das Bezugssignal Vs in einer Erregungszeiteinstellung ton überschreitet, und in der Erregungszeiteinstellung ton wechselt die Wellenform-Formerausgabe Vo an dem Ausgang ”c” des Komparators 51 von einem tiefen Pegel zu einem hohen Pegel. Außerdem schneidet in dem abfallenden Abschnitt SD der Zündsignalspannung Vio in einer Zündzeiteinstellung toff das Vergleichssignal Vc erneut den Spannungspegel Vt und wird kleiner als das Bezugssignal Vs, und die Wellenform-Formerausgabe Vo an dem Ausgang ”c” wechselt von dem hohen Pegel zu dem tiefen Pegel.
In der Erregungszeiteinstellung ton kommt die Wellenform-Formerausgabe Vo zu dem hohen Pegel, so dass der Eingangstransistor 35 eingeschaltet wird, und dem gemäß wird der Transistor 36 ausgeschaltet, und der Steuertransistor 34 wird auch ausgeschaltet. Der Steuertransistor 34 wird ausgeschaltet, so dass der Konstantstromtransistor 41 den konstanten Strom ver anlasst, durch die Ausgangstransistoren 31 und 32 zu fließen, und der Ausgangstransistor 32 beginnt, dem Ansteuerwiderstand 20R einen Ansteuerstrom Id zuzuführen. Der Ansteuerstrom Id wird durch die Konstantstromschaltung 40 konstant gemacht.
In der Zündzeiteinstellung toff kommt die Wellenform-Formerausgabe Vo zu dem tiefen Pegel, so dass der Eingangstransistor 35 ausgeschaltet wird und der Steuertransistor 34 eingeschaltet wird. Der Steuertransistor 34 wird eingeschaltet, so dass die Ströme der Ausgangstransistoren 31 und 32 zu dem Steuertransistor 34 umgeleitet werden, und der Ansteuerstrom Id zu dem Ansteuerwiderstand 20R wird unterbrochen.
In der Erregungszeiteinstellung ton des ansteigenden Abschnitts SU der Zündsignalspannung Vio wird die Zuführung des Ansteuerstroms Id, der konstant gemacht wird, gestartet, und die Gate-Spannung Vg überschreitet die Schwellenspannung Vth des Schaltelementes 20, das Schaltelement 20 wird eingeschaltet und eine Erregung von dem Energieversorgungsanschluss VB zu der Primärspule 2 der Zündspule 1 wird gestartet. In der Zündzeiteinstellung toff des abfallenden Abschnitts SD wird der Ansteuerstrom Id unterbrochen, die Hochspannung für eine Zündung wird in der Sekundärspule 3 der Zündspule 1 generiert und die Zündkerze 4 wird gezündet.
Wie oben beschrieben, sind in der Ausführungsform 1 sowohl die Stromversorgungsschaltung 30 als auch die Wellenform-Formerschaltung 50 zwischen der Zündsignalleitung 11 und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden, und in dem ansteigenden Abschnitt SU und dem abfallenden Abschnitt SD der Zündsignalspannungen Vi und Vio führt die Wellenform-Formerschaltung 50 den Versorgungsstart und die Unterbrechung des Ansteuerstroms Id zu dem Ansteuerwiderstand 20R durch die Stromversorgungsschaltung 30 durch. Auf der Basis dieses Aufbaus hat der Schaltkreis 10 keinen Energieversorgungsanschluss, der mit der Batterie verbunden ist, sondern ist durch die drei Anschlüsse des Ausgangsanschlusses 10a, des Eingangsanschlusses 10b und des Bezugspotenzialanschlusses 10c aufgebaut. Da der Schaltkreis 10 keinen Energieversorgungsanschluss hat, kann der Anschlussaufbau des Schaltkreises 10 vereinfacht werden.
In der Ausführungsform 1 generiert die Wellenform-Formerschaltung 50 das Bezugssignal Vs auf der Basis der Zündsignalspannung Vio durch die Bezugssignalgenerierungsschaltung SS und generiert das Vergleichssignal Vc durch die Vergleichssignalgenerierungsschaltung PS. Das Bezugssignal Vs und das Vergleichssignal Vc werden auf der Basis der Zündsignalspannung Vio generiert. Selbst wenn die Zündsignalspannung Vio eine sich ändernde Basisspannung inkludiert, können, da das Bezugssignal Vs und das Vergleichssignal Vc basierend auf der Zündsignalspannung Vio, die diese Basisspannung inkludiert, neu generiert werden, die Erregungszeiteinstellung ton und die Zündzeiteinstellung toff ungeachtet der Änderung der Basisspannung genauer eingestellt werden. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass die Erregungszeiteinstellung und die Zündzeiteinstellung wegen der Basisspannung gestört werden, und das Schaltelement 20 kann bei einer genaueren Erregungszeiteinstellung und Zündzeiteinstellung ein- und ausgeschaltet werden. Es ist auch möglich, die Fehlzündung als den schlechtesten Fall zu verhindern, d. h. einen Fall, wo der Ansteuerstrom Id in der Zündzeiteinstellung toff nicht unterbrochen werden kann.
In der Ausführungsform 1 verwendet die Konstantstromschaltung 40 die sich ändernde Zündsignalspannung Vio als die Spannungsquelle, zieht den konstanten Strom von den Ausgangstransistoren 31 und 32 der Stromversorgungsschaltung 30 und führt den Ansteuerstrom Id, der konstant gemacht wird, dem Ansteuerwiderstand 20R zu. In dem Schaltkreis 10 ohne Energieversorgungsanschluss verhindert die Konstantstromschaltung 40, dass sich die Zündcharakteristik durch die Abweichung der Zündsignalspannung Vio in der Periode, wenn das Schaltelement 20 eingeschaltet ist, verschlechtert. Selbst wenn z. B. in dem Ein-Zustand des Schaltelementes 20 der Pegel der Zündsignalspannung Vio niedrig ist, wird, da der Ansteuerstrom Id ein spezieller Strom wird, der konstant gemacht wird, die Gate-Spannung Vg auch auf einem speziellen Wert gehalten, und abhängig von diesem wird in der Zündzeiteinstellung toff der fließende Strom in dem Zustand unterbrochen, wo der fließende Strom der Primärspule 2 der Zündspule zu einem ausreichenden Wert ansteigt, so dass es möglich ist zu verhindern, dass die Zündenergie des Verbrennungsmotors wegen Insuffizienz des fließenden Stroms unzureichend wird, oder im schlechtesten Fall das Auftreten der Fehlzündung zu verhindern. Außerdem ist es auch möglich, die Abweichung der Gate-Spannung Vg wegen Rauschen in der Ein-Periode des Schaltelementes 20 zu vermeiden, und es ist auch möglich zu verhindern, dass eine Hochspannung für eine Zündung wegen dem Rauschen unzureichend wird und dass die Fehlzündung auftritt.
Obwohl die jeweiligen Transistoren der Stromversorgungsschaltung 30 durch die MOS-Transistoren aufgebaut sind, ist es übrigens in der Ausführungsform 1 auch möglich, alle Transistoren zu Bipolartransistoren zu ändern. In diesem Fall werden die P-Kanal-Transistoren 31, 32, 34, 42 und 43 durch PNP-Bipolartransistoren ersetzt, und die N-Kanal-Transistoren 35, 36, 41, 44, 45, 48 und 49 werden durch NPN-Bipolartransistoren ersetzt, so dass die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Ausführungsform 2
4 zeigt Ausführungsform 2 einer Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Erfindung, und 5 ist ein erläuterndes Diagramm der Operation der Ausführungsform 2.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform 2 inkludiert einen Schaltkreis 10A. Der Schaltkreis 10A ist durch drei Anschlüsse aufgebaut, d. h. einen Ausgangsanschluss 10a, einen Eingangsanschluss 10b und einen Bezugspotenzialanschluss 10c, ähnlich zu dem in 1 gezeigten Schaltkreis 10. Der Ausgangsanschluss 10a ist direkt mit einer Primärspule 2 einer Zündspule 1 verbunden, der Eingangsanschluss 10b ist direkt mit einem Zündsignalanschluss 5a einer Zündansteuerschaltung 5 verbunden, und der Bezugspotenzialanschluss 10c ist direkt mit einem Bezugspotenzialpunkt GND verbunden.
Dieser Schaltkreis 10A inkludiert eine Wellenform-Formerschaltung 50A an Stelle der Wellenform-Formerschaltung 50 von 1, und in dieser Ausführungsform 2 wird an Stelle der Zündsignalleitung 11 von 1 eine Zündsignalleitung 11a, die direkt mit dem Zündsignalspannungsanschluss 5a der Zündansteuerschaltung 5 verbunden ist, verwendet, und eine Zündsignalspannung Vi wird der Zündsignalspannungsleitung 11a direkt zugeführt. Die Zündsignalspannung Vi wird durch eine gekrümmte Linie Vi von 5 angezeigt. Ein Schaltelement 20, ein Ansteuerwiderstand 20R, eine Stromversorgungsschaltung 30 und eine Konstantstromschaltung 40 sind ähnlich zu jenen von 1 aufgebaut. Die gleichen Teile werden durch die gleichen Symbole bezeichnet und die Erläuterung wird weggelassen.
In der Ausführungsform 2 sind Eingangswiderstände 13 und 14 in Reihe miteinander zwischen der Zündsignalspannungsleitung 11a und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden, und eine Diode 15 ist parallel zu dem Eingangswiderstand 14 verbunden. Eine Anode der Diode 15 ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Eingangswiderständen 13 und 14 verbunden, und eine Kathode davon ist mit einer Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. In der Ausführungsform 2 wird ein Bezugssignal Vs in dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Eingangswiderständen 13 und 14 generiert. Das Bezugssignal Vs ist gleich der Vorwärtsrichtungsspannung der Diode 15 und ändert sich wie eine gekrümmte Linie Vs, die in 5 gezeigt wird, entsprechend der Zündsignalspannung Vi, die in 5 gezeigt wird.
Die Wellenform-Formerschaltung 50A inkludiert einen Komparator 51, einen Eingangswiderstand 52, eine Bezugssignalgenerierungsschaltung SS, eine Vergleichssignalgenerierungsschaltung PS und eine Pegelanhebungsschaltung 57. Der Komparator 51, der Eingangswiderstand 52, die Bezugssignalgenerierungsschaltung SS und die Vergleichssignalgenerierungsschaltung PS sind ähnlich jenen der in 1 gezeigten Ausführungsform 1 aufgebaut. Die Wellenform-Formerschaltung 50A, die in der Ausführungsform 2 verwendet wird, ist derart, dass die Pegelanhebungsschaltung 57 der Wellenform-Formerschaltung 50 hinzugefügt wird, die in der Ausführungsform 1 verwendet wird. In der Wellenform-Formerschaltung 50A unterscheiden sich, da die Pegelanhebungsschaltung 57 hinzugefügt ist, ein Spannungspegel Von des Vergleichssignals Vs in einer Erregungszeiteinstellung ton und ein Spannungspegel Voff des Vergleichssignals Vc in einer Zündzeiteinstellung toff voneinander, und der Spannungspegel Voff ist eingestellt, kleiner als der Spannungspegel Von zu sein. Die Wellenform-Formerschaltung 50A dieses Typs ist die Wellenform-Formerschaltung mit einer Hysteresecharakteristik.
5 zeigt einen ansteigenden Abschnitt SU und einen abfallenden Abschnitt SD der Zündsignalspannung Vi, die wie in 3 vergrößert sind. Auch zeigt in 5 die vertikale Achse die Spannung an, und die horizontale Achse zeigt die Zeit an. 5 zeigt ein Vergleichssignal Vc1 zum Einstellen der Erregungszeiteinstellung ton und ein Vergleichssignal Vc2 zum Einstellen der Zündzeiteinstellung toff. Das Vergleichssignal Vc1 ist das Vergleichssignal, das durch die Ver gleichssignalgenerierungsschaltung PS in dem Zustand generiert wird, wo die Pegelanhebungsschaltung 57 nicht betrieben wird, und ist das gleiche wie das Vergleichssignal Vc der Ausführungsform 1. Das Vergleichssignal Vc2 ist das Vergleichssignal in dem Zustand, wo die Pegelanhebungsschaltung 57 betrieben wird, und ist das Signal, dessen Pegel im Vergleich zu dem Vergleichssignal Vc1 angehoben ist.
Die Pegelanhebungsschaltung 57 ist zwischen der Zündsignalspannungsleitung 11a und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Die Pegelanhebungsschaltung 57 inkludiert Transistoren 58 und 59. Der Transistor 58 ist ein P-Kanal-MOS-Transistor, und der Transistor 59 ist ein N-Kanal-MOS-Transistor. Eine Source S des Transistors 58 ist direkt mit der Zündsignalspannungsleitung 11a verbunden, ein Drain D davon ist direkt mit einem Drain D des Transistors 59 verbunden, und ein Gate davon ist direkt mit einem Drain D eines Transistors 54 verbunden. Eine Source S des Transistors 59 ist mit einem Pluseingang ”b” des Komparators 51 verbunden, und ein Gate davon ist mit einem Ausgang ”c” des Komparators 51 verbunden.
In der Pegelanhebungsschaltung 57 wird, wenn eine Wellenform-Formerausgabe Vo an dem Ausgang ”c” des Komparators 51 auf einem hohen Pegel ist, der Transistor 59 in einen Ein-Zustand gebracht, so dass ein Vergleichssignal Vc, das durch den Eingangswiderstand 52 generiert wird, im Pegel angehoben wird, und wenn die Zündsignalspannung Vi, die durch die gekrümmte Linie Vi von 5 angezeigt wird, gegeben ist, wird das im Pegel angehobene Vergleichssignal Vc2, wie durch die gekrümmte Linie Vc2 von 5 angezeigt, generiert. Das im Pegel angehobene Vergleichssignal Vc2 ändert seinen Pegel auch in Übereinstimmung mit der Pegeländerung der Zündsignalspannung Vi ähnlich zu dem Vergleichssignal Vc1.
Wenn die Zündsignalspannung Vi, die durch die gekrümmte Linie Vi von 5 angezeigt wird, von der Zündansteuerschaltung 5 zugeführt wird, wie in 5 gezeigt, erhöht sich die Bezugsspannung Vs, die durch die gekrümmte Linie Vs angezeigt wird, in Übereinstimmung mit der Vorwärtsrichtungsspannungscharakteristik der Diode 15 und erreicht eine nahezu konstante Sättigungsspannung. Da eine Vergleichssignalgenerierungsschaltung PS einen Strom erhöht, der dem Eingangswiderstand 52 zugeführt wird, wenn der Pegel der Zündsignalspannung Vi erhöht wird, wird außerdem das Vergleichssignal Vc an dem Plusseiteneingang ”b” des Wellenform-Formerkomparators 51 entlang der gekrümmten Linie Vc1 von 5 erhöht.
In dem ansteigenden Abschnitt SU der Zündsignalspannung Vi wechselt in der Erregungszeiteinstellung ton, wenn das Vergleichssignal Vc1 das Bezugssignal Vs überschreitet, die Wellenform-Formerausgabe Vo an dem Ausgang ”c” des Komparators 51 zu dem hohen Pegel. Da die Wellenform-Formerausgabe Vo zu dem hohen Pegel kommt, wird ein Eingangstransistor 35 der Stromversorgungsschaltung 30 eingeschaltet, und ein Steuertransistor 34 wird ausgeschaltet, so dass eine Spannung, die die Schwellenspannung Vth des Schaltelementes 20 überschreitet, an dem Ansteuerwiderstand 20R des Schaltelementes 20 generiert wird, und das Schaltelement 20 wird eingeschaltet. Außerdem kommt die Wellenform-Formerausgabe Vo des Komparators 51 zu dem hohen Pegel, so dass der Transistor 59 der Pegelanhebungsschaltung 57 eingeschaltet wird, und auf der Basis des Ein des Transistors 59 wird ein Strom zu dem Eingangswiderstand 52 von dem Transistor 59 zugeführt, das Vergleichssignal Vc wird in den im Pegel angehobenen Zustand gebracht und steigt zu dem im Pegel angehobenen Vergleichssignal Vc2 an, und dann wird das Signal entlang der gekrümmten Linie Vc2 in Übereinstimmung mit der Erhöhung des Pegels der Zündsignalspannung Vi erhöht.
In dem abfallenden Abschnitt SD der Zündsignalspannung Vi fällt der Pegel des Vergleichssignals Vc, da der Pegel der Zündsignalspannung Vi entlang der gekrümmten Linie Vc2 fällt. In der Zündzeiteinstellung toff wird, wenn das Vergleichssignal Vc auf den Pegel des Bezugssignals Vc oder tiefer verringert wird, der Komparator 51 ausgeschaltet, und die Wellenform-Formerausgabe Vo an dem Ausgang ”c” wechselt erneut zu dem tiefen Pegel. Da die Wellenform-Formerausgabe Vo zu dem tiefen Pegel wechselt, wird der Eingangstransistor 35 der Stromversorgungsschaltung 30 in der Zündzeiteinstellung toff ausgeschaltet, und der Steuertransistor 34 wird eingeschaltet, so dass das Schaltelement 20 ausgeschaltet wird, und der Strom, der durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 fließt, wird unterbrochen, und entsprechend wird die Hochspannung für eine Zündung in der Sekundärspule 3 der Zündspule 1 generiert, und der Verbrennungsmotor wird gezündet.
In 5 zeigt die Spannung Von den Spannungspegel in dem Zeitpunkt an, wenn das Vergleichssignal Vc1 das Bezugssignal Vs in der Erregungszeiteinstellung ton überschreitet, und die Spannung Voff zeigt den Spannungspegel in dem Zeitpunkt an, wenn das Vergleichssignal Vc2 das Bezugssignal Vs oder kleiner in der Zündzeiteinstellung toff wird. Durch die Operation der Pegelanhebungsschaltung 57 wird die Relation der Spannung Von > Voff hergestellt.
Auch hat in der Ausführungsform 2 der Schaltkreis 10A keinen Energieversorgungsanschluss, der mit einer Batterie verbunden ist, sondern ist durch die drei Anschlüsse des Ausgangsanschlusses 10a, des Eingangsanschlusses 10b und des Bezugspotenzialanschlusses 10c aufgebaut, so dass sein Anschlussaufbau vereinfacht werden kann. Da das Bezugssignal Vs und das Vergleichssignal Vc auf der Basis der Zündsignalspannung Vi neu generiert werden, können außerdem in der Ausführungsform 2 auch die Erregungszeiteinstellung ton und die Zündzeitein stellung toff ungeachtet der Abweichung der Basisspannung, die in der Zündsignalspannung Vi inkludiert ist, genauer eingestellt werden.
Da die Pegelanhebungsschaltung 57 hinzugefügt wird, wird außerdem in der Ausführungsform 2 das Vergleichssignal Vc durch die Operation der Pegelanhebungsschaltung 57 gemäß dem Ein des Komparators 51 im Pegel angehoben, und selbst wenn die Zündsignalspannung Vi variiert wird und das Vergleichssignal Vc durch Rauschen variiert wird, ist die Operation des Komparators 51 stets stabilisiert. Dies veranlasst die Wellenform-Formerschaltung 50A, auf der Basis der Zündsignalspannung Vi zu arbeiten, gibt der Wellenform-Formerschaltung 50A einen ausreichenden Spielraum für eine Potenzialdifferenz von dem Bezugspotenzial GND, ist wirksam, die Operation der Stromversorgungsschaltung 30 zu stabilisieren, und ist wirksam, eine ausreichende Hochspannung für eine Zündung in der Zündzeiteinstellung toff nach der Erregung zu der Primärspule 2 der Zündspule 1 zu erhalten.
Ausführungsform 3
6 zeigt Ausführungsform 3 einer Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Erfindung. Diese Ausführungsform 3 verwendet einen Schaltkreis 10B. Der Schaltkreis 10B ist derart, dass eine Strombegrenzungsschaltung 60 dem Schaltkreis 10 der in 1 gezeigten Ausführungsform 1 hinzugefügt ist. Zusammen damit wird an Stelle des Schaltelementes 20, das in 1 gezeigt wird, ein Schaltelement 20A mit einem Hilfsemitter E1 verwendet. Da die anderen ähnlich zu der Ausführungsform 1 von 1 aufgebaut sind, werden die gleichen Teile durch die gleichen Symbole bezeichnet und die Erläuterung wird weggelassen. Übrigens wird in dieser Ausführungsform 3 die in 4 gezeigte Wellenform-Formerschaltung 50A verwendet.
Das Schaltelement 20A ist ein IGBT, und dieser inkludiert einen Kollektor C, einen Hauptemitter E, den Hilfsemitter E1 und ein Gate G. Der Kollektor C ist direkt mit einem Ausgangsanschluss 10a des Schaltkreises 10B verbunden, und der Hauptemitter E ist direkt mit einem Bezugspotenzialanschluss 10C davon verbunden.
Die Strombegrenzungsschaltung 60 ist eine Schutzschaltung, die einen fließenden Strom des Schaltelementes 20A in einem Ein-Zustand des Schaltelementes 20 begrenzt, und dient zum Verhindern dessen, dass der Strom, der durch das Schaltelement 20A fließt, übermäßig groß wird. Diese Strombegrenzungsschaltung 60 inkludiert einen Strombegrenzungskomparator 61, eine Bezugspotenzialquelle 62, Erfassungswiderstände 63, 64 und 65 und einen Strombegrenzungstransistor 66. Der Erfassungswiderstand 65 ist mit dem Hilfsemitter E1 verbunden und bildet eine Erfassungsschaltung eines fließenden Stroms ID zum Erfassen des fließenden Stroms des Schaltelementes 20A. Die Erfassungswiderstände 63 und 64 sind mit dem Kollektor C, d. h. dem Ausgangsanschluss 10a, verbunden, und bilden eine Ausgangsspannungserfassungsschaltung VD zum Erfassen einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss 10a.
Der Strombegrenzungskomparator 61 inkludiert einen Minusseiteneingang ”a”, einen Plusseiteneingang ”b” und einen Ausgang ”c”. Die Erfassungswiderstände 63 und 64, die die Ausgangsspannungserfassungsschaltung VD bilden, sind gemeinsam mit der Bezugspotenzialquelle 62 in Reihe miteinander zwischen dem Kollektor C des Schaltelementes 20A und einer Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Der Erfassungswiderstand 63 ist direkt mit dem Kollektor C verbunden, ein Minusseitenanschluss der Bezugspotenzialquelle 62 ist direkt mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden, und der Erfassungswiderstand 64 ist zwischen dem Erfassungswiderstand 63 und einem Plusseitenanschluss der Bezugspotenzialquelle 62 verbunden. Der Erfassungswiderstand 65, der die Erfassungsschaltung eines fließenden Stroms ID bildet, ist zwischen dem Hilfsemitter E1 des Schaltelementes 20A und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Der Hilfsemitter E1 des Schaltelementes 20A ist mit dem Minusseiteneingang ”a” des Strombegrenzungskomparators 61 verbunden, und ein gemeinsamer Verbindungspunkt zwischen den Erfassungswiderständen 63 und 64 ist mit dem Plusseiteneingang ”b” des Strombegrenzungskomparators 61 verbunden. Die Bezugspotenzialquelle 62 ist die Potenzialquelle einer konstanten Spannung e, und ihr Plusseitenanschluss ist mit dem Erfassungswiderstand 64 verbunden und ist mit dem Plusseiteneingang ”b” des Strombegrenzungskomparators 61 durch diesen Erfassungswiderstand 64 verbunden.
Der Strombegrenzungstransistor 66 ist ein P-Kanal-MOS-Transistor. Eine Source S dieses Transistors 66 ist mit einem Anschluss 30a einer Stromversorgungsschaltung 30 verbunden und ist direkt mit einer Zündsignalleitung 11 verbunden. Ein Drain D des Transistors 66 ist mit einem Anschluss 30b der Stromversorgungsschaltung 30 verbunden und ist direkt mit einem Gate und einem Drain D eines Ausgangstransistors 31 verbunden. Ein Gate des Transistors 66 ist mit dem Ausgang ”c” des Strombegrenzungskomparators 61 verbunden.
Wenn ein Kollektorstrom des Schaltelementes 20A, der durch eine Primärspule 2 einer Zündspule 1 fließt, ein begrenzter Strom oder kleiner ist, und ein Potenzial Va an dem Minusseiteneingang ”a” des Strombegrenzungskomparators 61 kleiner als ein Potenzial Vb an dem Plusseiteneingang ”b” ist, wird eine Ausgabe mit hohem Pegel an dem Ausgang ”c” generiert, und der Strombegrenzungstransistor 66 wird ausgeschaltet. Der Strom, der durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 fließt, wird erhöht, der Strom, der durch den Erfassungswiderstand 65 fließt, wird erhöht, und wenn das Potenzial Va an dem Minus seiteneingang ”a” des Strombegrenzungskomparators 61 das Potenzial Vb an dem Plusseiteneingang ”b” überschreitet, wird das Ausgangspotenzial Vc an dem Ausgang ”c” des Strombegrenzungskomparators 61 abhängig von der Größe der Potenzialdifferenz (Va–Vb) abgesenkt, die Gate-Spannung des Strombegrenzungstransistors 66 wird abhängig davon abgesenkt, und ein Strom fließt zwischen der Source S und dem Drain D des Transistors 66. Abhängig von dem Strom dieses Strombegrenzungstransistors 66 wird der Strom des Ausgangstransistors 31 der Stromversorgungsschaltung 30 umgeleitet, ein Strom von einem Ausgangstransistor 32 zu einem Ansteuerwiderstand 20R wird verringert, und das Potenzial an dem Gate G des Schaltelementes 20A wird abgesenkt. Durch das Absenken dieses Gate-Potenzials G wird der Kollektorstrom des Schaltelementes 20A abgesenkt, und die Erhöhung des Kollektorstroms wird begrenzt.
Das Potenzial Va an dem Plusseiteneingang ”a” des Strombegrenzungskomparators 61 ist ein derartiges Potenzial, dass die Konstantpotenzialkomponente e durch die Bezugspotenzialquelle 62 einer Proportionalpotenzialkomponente ec proportional zu einem Potential an dem Ausgangsanschluss 10a, d. h. dem Kollektor C des Schaltelementes 20A, hinzugefügt wird. Diese Proportionalpotenzialkomponente ec wird durch die Erfassungswiderstände 63 und 64 der Ausgangsspannungserfassungsschaltung VD erfasst. Diese Proportionalpotenzialkomponente ec hebt das Potenzial Vb an dem Plusseiteneingang ”b” des Strombegrenzungskomparators 61 abhängig von seiner Größe an. Die Erhöhung des proportionalen Potenzials ec ändert die Operationscharakteristik des Strombegrenzungskomparators 61 und unterdrückt die Änderung der Kollektorspannung Vce des Schaltelementes 20A.
7 ist ein Operationserläuterungsdiagramm der Strombegrenzungsschaltung 60 und zeigt in einem Fall, wo eine Zündsignalspannung Vio zugeführt wird, um eine derartige Polari tät aufzuweisen, dass die Zündsignalleitung 11 plus gemacht wird, eine Beziehung zwischen der Kollektor-Emitter-Spannung Vce des Schaltelementes 20A und dem Kollektorstrom Ic. Die vertikale Achse zeigt den Kollektorstrom Ic des Schaltelementes 20A an, und die horizontale Achse zeigt die Kollektorspannung Vce an. Ein Betriebspunkt ”a” ist ein Punkt, wo das Schaltelement 20A eingeschaltet wird, da die Zündsignalspannung Vi hoch wird. Von diesem Betriebspunkt ”a” beginnt das Schaltelement 20A, den Strom der Primärspule 2 der Zündspule 1 zuzuführen, und der Kollektorstrom Ic wird abrupt erhöht, und zusammen damit wird die Kollektorspannung Vce auch erhöht. Ein Betriebspunkt ”b” ist ein Punkt, wo die Strombegrenzungsschaltung 60 beginnt, den Kollektorstrom Ic des Schaltelementes 20A zu begrenzen. In diesem Betriebspunkt ”b” ist der Kollektorstrom Ic Ic1, und die Kollektorspannung Vce ist Vce1. In diesem Betriebspunkt ”b” überschreitet das Potenzial Va das Potenzial vb, die Operation, dass der Strombegrenzungstransistor 66 den Transistor 31 umleitet, wird gestartet, es tritt ein Abfall in der Spannung Vg des Gate G auf und die Begrenzung des Kollektorstroms Ic wird gestartet.
In dem Fall, wo die Erfassungswiderstände 63 und 64 nicht vorgesehen sind, und die Proportionalpotenzialkomponente ec nicht gegeben ist, wird angenommen, dass das Schaltelement 20A von dem Betriebspunkt ”b” zu einem Betriebspunkt ”d” entlang einer Charakteristik C0, die durch eine gestrichelte Linie angezeigt wird, wechselt. Gemäß dieser Charakteristik C0 erreicht in dem Betriebspunkt ”d” der Kollektorstrom Ic des Schaltelementes 20A Ic2, und die Kollektorspannung Vce erreicht Vce3. Die Proportionalpotenzialkomponente ec durch die Erfassungswiderstände 63 und 64 gibt dem Strombegrenzungskomparator 61 eine Charakteristik, die dem Fall entspricht, wo die Operationscharakteristik von dem Betriebspunkt ”b” zu einer Charakteristik C1 wechselt. Wenn in dieser Charakteristik C1 der Kollektorstrom Ic Ic2 erreicht, wird ein Betriebspunkt ”c”, und die Kollektorspannung Vce wird Vice2 (Vice2 < Vce3). D. h. im Vergleich zu der Charakteristik C0 unterdrückt die Charakteristik C1 die Änderung der Kollektorspannung Vce und verringert die Änderung der Kollektorspannung Vce in dem Betriebspunkt ”b”, wo die Strombegrenzungsoperation gestartet wird.
8(a) bis 8(c) zeigen Wellenformänderungen des Kollektorstroms Ic und der Kollektorspannung Vce in dem Fall, wo die Strombegrenzungsschaltung 60 hinzugefügt ist. 8(a) zeigt die Änderung des Kollektorstroms Ic, und 8(b) zeigt die Änderung der Kollektorspannung Vce. Die horizontale Achse in 8(a) bis 8(c) zeigt die Zeit an. In einer Erregungszeiteinstellung ton wird das Schaltelement 20A eingeschaltet, der Kollektorstrom Ic beginnt zu fließen und die Kollektorspannung Vce wird abrupt verringert. Der Kollektorstrom Ic wird erhöht, und in einer Zeiteinstellung t3, wenn der Kollektorstrom Ic Ic1 erreicht, überschreitet das Potenzial Va das Potenzial Vb, und die Strombegrenzungsoperation durch die Strombegrenzungsschaltung 60 wird gestartet. In dem Startpunkt t3 der Strombegrenzungsoperation pulsiert der Kollektorstrom Ic durch eine große Induktanz der Primärspule 2 der Zündspule 1, und es gibt eine Gefahr, dass auch die Kollektorspannung Vce pulsiert. Der Wechsel von der Charakteristik C0 zu der Charakteristik C1 durch die Proportionalpotenzialkomponente ec unterdrückt diese Pulsation.
In einem Kreis aus einer gestrichelten Linie von 8(c) wird die Pulsation der Kollektorspannung Vce in der Zeiteinstellung t3 vergrößert und gezeigt. In der Charakteristik C0 kommt die Pulsation dazu, eine Pulsationswellenform W0 aufzuweisen, die durch eine gestrichelte Linie angezeigt wird, auf der Basis des Wechsels zu der Charakteristik C1 durch die Proportionalpotenzialkomponente ec kommt die Pulsation jedoch dazu, eine Pulsationswellenform W1 aufzuweisen, wo die Vibra tionsamplitude unterdrückt wird. Durch die unterdrückte Pulsationswellenform W1 ist es möglich, ein Auftreten einer fehlerhaften Zündung in dieser Zeiteinstellung t3 in dem Verbrennungsmotor zu verhindern.
In einer Zündzeiteinstellung toff nach dem Punkt t3, wenn die Zündsignalspannung Vi abgesenkt ist und die Einspeisung zu dem Ansteuerwiderstand 20R von der Stromversorgungsschaltung 30 gestoppt ist, wird das Schaltelement 20A ausgeschaltet, und der Kollektorstrom Ic wird abrupt abgesenkt, und zusammen damit wird eine Hochspannung für eine Zündung in der Sekundärspule 3 der Zündspule 1 generiert, und in dem Verbrennungsmotor tritt eine Zündung auf. Übrigens gibt es auch einen Fall, wo die Zündzeiteinstellung toff eingestellt wird, früher als die Zeiteinstellung t3 aufzutreten.
Gemäß der Ausführungsform 3 wird in dem Schaltkreis 10B, der die drei Anschlüsse des Ausgangsanschlusses 10a, des Eingangsanschlusses 10b und des Bezugspotenzialanschlusses 10c hat und in dem der Anschlussaufbau vereinfacht ist, der fließende Strom des Schaltelementes 20A durch die Erfassungsschaltung eines fließenden Stroms ID erfasst, und der Strombegrenzungstransistor 66 verringert den Strom von der Stromversorgungsschaltung 30 zu dem Ansteuerwiderstand 20R abhängig von der Erhöhung des fließenden Stroms, so dass das Schaltelement 20A effektiv geschützt werden kann.
Außerdem wird die Spannung an dem Ausgangsanschluss 10A, d. h. die Kollektorspannung Vce des Schaltelementes 20A, durch die Ausgangsspannungserfassungsschaltung VD erfasst, die Operationscharakteristik des Komparators 61 in dem Zeitpunkt der Strombegrenzung wird geändert und die Pulsation der Kollektorspannung in dem Startzeitpunkt der Strombegrenzung wird unterdrückt, so dass eine fehlerhafte Zündung für den Verbrennungsmotor in dem Startpunkt der Strombegrenzung verhindert werden kann.
Ausführungsform 4
9 ist ein elektrischer Schaltplan, der Ausführungsform 4 einer Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Erfindung zeigt. In der Ausführungsform 4 wird ein Schaltelement 20B verwendet, das durch Modifizieren des Schaltelementes 20A von 6 erhalten wird, und es wird eine Strombegrenzungsschaltung 60A verwendet, die durch Modifizieren der Strombegrenzungsschaltung 60 von 6 erhalten wird. Ähnlich zu der Ausführungsform 3, die in 6 gezeigt wird, hat diese Ausführungsform eine Funktion, das Schaltelement zu schützen. In dieser Ausführungsform 4 werden, da der Aufbau mit Ausnahme des Schaltelementes 20B und der Strombegrenzungsschaltung 60A der gleiche wie die Ausführungsform 3 ist, die in 6 gezeigt wird, die gleichen Teile durch die gleichen Symbole bezeichnet und die Erläuterung wird weggelassen.
Das Schaltelement 20B, das in der Ausführungsform 4 verwendet wird, ist ein IGBT, und bezieht einen Haupt-IGBT 21, einen Abtast-IGBT 24 und ein Halteelement 27 ein. Der Haupt-IGBT 21 ist derart, dass ein N-Kanal-MOS-Transistor 22 und ein PNP-Bipolartransistor 23 in Reihe miteinander verbunden sind. Ein Drain D des N-Kanal-MOS-Transistors 22 ist mit einer Basis B des PNP-Bipolartransistors 23 verbunden, und eine Source S des N-Kanal-MOS-Transistors 22 ist mit einem Kollektor C des PNP-Bipolartransistors 23 verbunden. Ein Emitter E des PNP-Bipolartransistors 23 wird ein Kollektor C des Schaltelementes 20B, und die Source S des N-Kanal-MOS-Transistors 22 wird ein Emitter E des Schaltelementes 20B. Ein Gate G des N-Kanal-MOS-Transistors 22 wird ein Gate G des Schaltelementes 20B.
Der Abtast-IGBT 24 ist derart, dass ein N-Kanal-MOS-Transistor 25 und ein PNP-Bipolartransistor 26 in Reihe miteinander verbunden sind. Ein Drain D des N-Kanal-MOS-Transistors 25 ist mit einer Basis B des PNP-Bipolartransistors 26 verbunden, und eine Source S des N-Kanal-MOS-Transistors 25 ist mit einem Kollektor C des PNP-Bipolartransistors 26 verbunden. Ein Emitter E des PNP-Bipolartransistors 26 ist mit dem Kollektor C des Schaltelementes 20B verbunden, und ein Gate G des N-Kanal-MOS-Transistors 25 ist mit dem Gate G des Schaltelementes 20B verbunden.
Das Halteelement 27 inkludiert einen PNP-Bipolartransistor 28 und einen NPN-Bipolartransistor 29. Ein Kollektor C des PNP-Bipolartransistors 28 ist mit einer Basis B des NPN-Bipolartransistors 29 verbunden, und eine Basis B des PNP-Bipolartransistors 28 ist gemeinsam mit den Basen B der PNP-Bipolartransistoren 23 und 26 verbunden, und ist mit einem Kollektor C des NPN-Bipolartransistors 29 verbunden. Ein Emitter E des PNP-Bipolartransistors 27 ist mit dem Kollektor C des Schaltelementes 20B verbunden.
Die Strombegrenzungsschaltung 60A inkludiert einen Strombegrenzungskomparator 61, eine Bezugspotenzialquelle 62, Erfassungswiderstände 67, 68, 69, 71 und 72, einen Strombegrenzungstransistor 66, eine Zener-Diodengruppe 73 und eine Zener-Diode 74. Der Erfassungswiderstand 67 ist mit der Source S des N-Kanal-MOS-Transistors 25 des Abtast-IGBT 24 verbunden und bildet eine Erfassungsschaltung eines fließenden Stroms ID des Schaltelementes 20B. Die Erfassungswiderstände 68, 69, 71 und 72, die Zener-Diodengruppe 73 und die Zener-Diode 74 sind mit dem NPN-Transistor 29 des Halteelementes 27 verbunden und bilden eine Ausgangsspannungserfassungsschaltung VD zum Erfassen der Spannung an dem Kollektor C des Schaltelementes 20B, d. h. der Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss 10a.
Der Erfassungswiderstand 67 der Erfassungsschaltung eines fließenden Stroms ID ist zwischen der Source S des N-Kanal-MOS-Transistors 25 des Abtast-IGBT 24 und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Die Zener-Diodengruppe 73 der Ausgangspannungserfassungsschaltung VD ist derart, dass z. B. drei Zener-Dioden in Reihe verbunden sind, und ist zwischen der Basis B des NPN-Bipolartransistors 29 des Halteelementes 27 und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. In der Zener-Diodengruppe 73 ist ihre Kathode mit der Basis B des NPN-Bipolartransistors 29 verbunden, und ihre Anode ist mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Die Erfassungswiderstände 68 und 69 sind in Reihe zueinander zwischen dem Emitter E des NPN-Bipolartransistors 29 des Halteelementes 27 und der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Die Zener-Diode 74 ist parallel zu dem Erfassungswiderstand 68 verbunden, ihre Kathode ist mit dem Emitter E des NPN-Bipolartransistors 29 verbunden und ihre Anode ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Erfassungswiderständen 68 und 69 verbunden. Die Bezugspotenzialquelle 62 und die Erfassungswiderstände 71 und 72 sind in Reihe miteinander verbunden, um eine Schaltung parallel zu dem Erfassungswiderstand 69 zu bilden. Ein Minusseitenanschluss der Bezugspotenzialquelle 62 ist mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden, und ein Plusseitenanschluss davon ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Erfassungswiderständen 68 und 69 durch die Erfassungswiderstände 72 und 71 verbunden.
Ein Plusseiteneingang ”b” des Strombegrenzungskomparators 61 ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Erfassungswiderständen 71 und 72 verbunden, ein Minusseiteneingang ”a” davon ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen dem Erfassungswiderstand 67 und der Source S des N-Kanal-MOS-Transistors 25 verbunden, und ein Ausgang ”c” davon ist mit der Basis des Strombegrenzungstransistors 66 verbun den. Eine Source S und ein Drain D des Strombegrenzungstransistors 66 sind mit Anschlüssen 30a und 30b der Stromversorgungsschaltung 30 verbunden, und sind direkt mit einer Source S und einem Drain D eines Ausgangstransistors 32 der Stromversorgungsschaltung 30 ähnlich zu der Ausführungsform 3, die in 6 gezeigt wird, verbunden.
10 zeigt in der Ausführungsform 4 eine Charakteristik eines Kollektorstroms Ic, der von dem Kollektor C des Schaltelementes 20B zu dem Emitter E fließt, und eine Kollektorspannung Vce zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E. Diese Charakteristik inkludiert Betriebspunkte ”a”, ”b1”, ”e” und ”f”, und inkludiert Regionen Z1, Z2, Z3 und Z4 zwischen diesen Betriebspunkten. Die Region Z1 ist die Region zwischen den Betriebspunkten ”a” und ”b1”, die Region Z2 ist die Region zwischen den Betriebspunkten ”b1” und ”e”, die Region Z3 ist die Region zwischen den Betriebspunkten ”e” und ”f” und die Region Z4 ist die Region höher als der Betriebspunkt ”f”.
In dem Betriebspunkt ”a” wird das Schaltelement 20B eingeschaltet, und ein Strom beginnt durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 zu fließen. Der Kollektorstrom Ic wird von dem Betriebspunkt ”a” zu dem Betriebspunkt ”b1” abrupt erhöht. Wenn der Kollektorstrom des Schaltelementes 20B, der durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 fließt, ein begrenzter Strom oder tiefer ist, und das Potenzial Va an dem Minusseiteneingang ”a” des Strombegrenzungskomparators 61 kleiner als das Potenzial Vb an dem Plusseiteneingang ”b” ist, wird eine Ausgabe mit hohem Pegel an dem Ausgang ”c” des Strombegrenzungskomparators 61 generiert und der Strombegrenzungstransistor 66 wird ausgeschaltet. Der Strom, der durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 fließt, wird erhöht, der Strom, der durch den Erfassungswiderstand 67 fließt, wird erhöht, und wenn das Potenzial Va an dem Minusseiteneingang ”a” des Strombegrenzungskomparators 61 das Potenzial Vb an dem Plus seiteneingang ”b” überschreitet, wird das Ausgangspotenzial Vc an dem Ausgang ”c” des Strombegrenzungskomparators 61 abhängig von der Größe einer Potenzialdifferenz (Va–Vb) abgesenkt, das Gate-Potenzial des Strombegrenzungstransistors 66 wird abhängig davon abgesenkt und der Drain-Strom fließt zwischen der Source S und dem Drain D des Transistors 66. Abhängig von dem Drain-Strom des Strombegrenzungstransistors 66 wird der Strom zwischen der Source und dem Drain des Transistors 31 der Stromversorgungsschaltung 30 umgeleitet, der Strom von dem Transistor 32 zu dem Ansteuerwiderstand 20R wird verringert und das Potenzial an dem Gate G des Schaltelementes 20B wird abgesenkt. Durch das Absenken des Gate-Potenzials G wird der Kollektorstrom des Schaltelementes 20B abgesenkt und die Erhöhung des Kollektorstroms wird begrenzt.
In den Regionen Z1 und Z2 sind sowohl die Zener-Diodengruppe 73 als auch die Zener-Diode 74 ausgeschaltet, und der Plusseiteneingang Vb des Strombegrenzungskomparators 61 wird abhängig von einer Konstantspannungskomponente ”e” der Bezugspotenzialquelle 92 und einer Proportionalspannungskomponente ec erhöht. In der Region Z3 ist die Zener-Diodengruppe 73 ausgeschaltet und die Zener-Diode 74 ist eingeschaltet. Auf der Basis des Ein der Zener-Diode 74 wird die Spannung an beiden Enden des Erfassungswiderstands 68 durch die Zener-Diode 74 geklemmt, so dass eine Spannungskomponente, die die Klemmspannung der Zener-Diode 74 überschreitet, auf den Erfassungswiderstand 69 konzentriert wird. Da der Plusseiteneingang Vb des Strombegrenzungskomparators 61 stärker geändert wird, wird als ein Ergebnis die Neigung der Änderung des Kollektorstroms Ic in Bezug auf die Kollektorspannung Vce in der Region Z3 im Vergleich zu der Region Z2 groß. In der Region Z4 ist auch die Zener-Diodengruppe 73 eingeschaltet. Somit wird die Erfassungsspannung an beiden Enden der Erfassungswiderstände 68 und 69 durch die Zener-Diodengruppe 73 geklemmt und erhöht sich nicht mehr als dies. Somit wird in der Region Z4 die Erhöhung des Plusseiteneingangs Vb des Strombegrenzungskomparators 61 durch die Zener-Diodengruppe 73 unterdrückt, das Potenzial an dem Ausgang ”c” des Strombegrenzungskomparators 61 wird in Übereinstimmung mit der Erfassungsspannung des Erfassungswiderstands 67 verringert und die Unterdrückungswirkung des Kollektorstroms Ic wird groß.
11(a) und 11(b) zeigen Wellenformänderungen des Kollektorstroms Ic und der Kollektorspannung Vce des Schaltelementes 20B in dem Fall, wo die Strombegrenzungsschaltung 60A hinzugefügt wird. 11(a) zeigt die Änderung des Kollektorstroms Ic und 11(b) zeigt die Änderung der Kollektorspannung Vce. Die horizontale Achse von jeder der 11(a) und 11(b) zeigt die Zeit an. In einer Erregungszeiteinstellung ton wird das Schaltelement 20B eingeschaltet, der Kollektorstrom Ic beginnt zu fließen und die Kollektorspannung Vce wird abrupt verringert. Der Kollektorstrom Ic wird erhöht, und in einem Punkt t3, wenn der Kollektorstrom Ic erhöht ist, überschreitet das Potenzial Va das Potenzial Vb, und die Strombegrenzungsoperation durch die Strombegrenzungsschaltung 60A wird gestartet. Diese Strombegrenzungsoperation wird in den Regionen Z2 und Z3 stufenweise geändert, und die Pulsation der Kollektorspannung Vce wird effektiver unterdrückt. Der Betriebspunkt ”e” wird ein Krümmungspunkt der Strombegrenzungsoperation, und in der Region Z2, wo die Kollektorspannung Vce kleiner als dieser Betriebspunkt ”e” ist, ist im Vergleich zu der Region Z3, wo die Kollektorspannung Vce höher als der Betriebspunkt ”e” ist, die Neigung des Kollektorstroms Ic in Bezug auf die Kollektorspannung Vce klein.
Die Krümmung der Strombegrenzungsoperation in diesem Betriebspunkt ”e” gibt den ausreichenden Kollektorstrom Ic zu dem Schaltelement 20B, und ergibt die stufenweise Strombegrenzungsoperation. In der Ausführungsform 3, die in 6 gezeigt wird, ergibt sich die Strombegrenzungsoperation in Übereinstimmung mit der Charakteristik C1 von dem Betriebspunkt ”b”, und die Pulsation der Kollektorspannung Vce in dem Betriebspunkt ”b” wird verhindert. Andererseits ergibt sich in dieser Ausführungsform 4 die Strombegrenzungsoperation aus der Region, wo der Kollektorstrom Ic klein ist, und als ein Ergebnis wird der Kollektorstrom Ic unterdrückt, und der fließende Strom des Schaltelementes 20A wird verringert. In der Ausführungsform 4 wird die Strombegrenzungsoperation auf den Betriebspunkt ”b1” eingestellt, wo der Kollektorstrom Ic größer als der in dem Betriebspunkt ”b” ist, der Kollektorstrom Ic wird größer gemacht und es wird ein ausreichenderer fließender Strom veranlasst, durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 zu fließen.
Die Strombegrenzungsoperation in der Region Z2 entspricht der Charakteristik C0 von 7, und die Strombegrenzungsoperation in der Region Z3 entspricht der Charakteristik C1 von 7. Wenn die Strombegrenzungsoperation in dem Betriebspunkt ”e” gekrümmt ist und stufenweise geändert wird, wie in 11(a) gezeigt, kann wie oben erwähnt, der ausreichende Kollektorstrom Ic veranlasst werden, in der Nähe der Zeiteinstellung t3 zu fließen, und die Kollektorspannungsabweichung kann in dem Zustand unterdrückt werden, wo die Spannung an dem Energieversorgungsanschluss VB hoch ist.
In einer Zündzeiteinstellung toff nach der Zeiteinstellung t3, wenn die Einspeisung von der Stromversorgungsschaltung 30 zu dem Ansteuerwiderstand 20R gestoppt ist, da die Zündsignalspannung Vi abgesenkt ist, wird das Schaltelement 20B ausgeschaltet, und der Kollektorstrom Ic wird abrupt abgesenkt, und zusammen damit wird eine Hochspannung für eine Zündung in der Sekundärspule 3 der Zündspule 1 generiert, und in dem Verbrennungsmotor wird eine Zündung durchgeführt.
Gemäß der Ausführungsform 4 wird in dem Schaltkreis 10B, der die drei Anschlüsse des Ausgangsanschlusses 10a, des Eingangsanschlusses 10b und des Bezugspotenzialanschlusses 10c hat und in dem der Anschlussaufbau vereinfacht ist, der Strom von der Stromversorgungsschaltung 30 zu dem Ansteuerwiderstand 20R durch den Strombegrenzungstransistor 66 der Strombegrenzungsschaltung 60A verringert, und der Strom zu der Primärspule 2 der Zündspule 1 kann effektiv begrenzt werden.
Außerdem sind die Zener-Diodengruppe 73 und die Zener-Diode 74 in der Schaltung zum Erfassen der Kollektorspannung Vce des Schaltelementes 20B vorgesehen, und die Erfassung der Kollektorspannung Vice wird stufenweise geändert, um die Pulsation der Kollektorspannung in dem Startzeitpunkt der Strombegrenzung und in dem Zustand, wo die Spannung an dem Energieversorgungsanschluss VB hoch ist, zu unterdrücken. Während eine fehlerhafte Zündung für den Verbrennungsmotor in dem Startpunkt der Strombegrenzung verhindert wird, wird somit der ausreichende fließende Strom veranlasst, durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 zu fließen, und die ausreichende Zündspannung kann erhalten werden.
Wenn der Kollektorstrom in dem Zeitpunkt der Strombegrenzung zu IcL gemacht wird, ergibt sich in der Ausführungsform 4 die Kollektorspannung VceL in dem Zeitpunkt der Strombegrenzung durch einen folgenden Ausdruck: VceL = VB – R1 × IcL.
VB bezeichnet die Spannung an dem Energieversorgungsanschluss VB und R1 bezeichnet den Widerstand der Primärspule 2 der Zündspule 1. Wenn der Widerstand R1 0,5 bis 0,7 Ω gemacht wird, wird der Kollektorstrom IcL in dem Zeitpunkt der Strombegrenzung 9 bis 11 A gemacht, und die Energieversorgungsspannung VB wird 14 V gemacht, die Kollektorspannung VceL in dem Zeitpunkt der Strombegrenzung wird 6,3 bis 9,5 V. Durch Einstellen des Betriebspunktes ”e” auf ungefähr 10 V kann, während die fehlerhafte Zündung für den Verbrennungsmotor in dem Startpunkt der Strombegrenzung verhindert wird, der ausreichende fließende Strom veranlasst werden, durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 zu fließen, und die ausreichende Hochspannung für die Zündung kann erhalten werden.
12 zeigt ein spezielles Beispiel des Schaltelementes 20B, das in der Ausführungsform 4 verwendet wird. Dieses Schaltelement 20B ist durch ein Halbleitersubstrat SS aus Silizium oder dergleichen aufgebaut. Dieses Halbleitersubstrat SS inkludiert eine Halbleiterschicht eines n^–-Typs N1, eine Halbleiterschicht eines n⁺-Typs N2 und eine Halbleiterschicht eines p⁺-Typs P1. Die Halbleiterschicht N2 ist mit dem unteren Teil der Halbleiterschicht N1 vereinigt, und die Halbleiterschicht P1 ist mit dem unteren Teil der Halbleiterschicht N2 vereinigt. Eine Kollektorelektrodenschicht CE ist in ohm'schem Kontakt mit der Halbleiterschicht P1, und diese Kollektorelektrodenschicht CE wird der Kollektor C.
Halbleiterregionen eines P-Typs P2, P3 und P4 werden auf der Fläche der Halbleiterschicht N1 gebildet, um voneinander beabstandet zu sein. Die rechte Inselregion P2 bildet den Haupt-IGBT 21, eine Halbleiterschicht eines n⁺-Typs N3 wird auf der Fläche dieser Inselregion P2 gebildet, und eine Emitterelektrode EE1 in ohm'schem Kontakt mit der Inselregion P2 und der Halbleiterschicht N3 wird angeordnet. Diese Emitterelektrode EE1 wird der Emitter E des Schaltelementes 20B. Der Haupt-IGBT 21 wird durch mehrere IGBTs gebildet, um die Stromfähigkeit anzuheben. Die mittlere Inselregion P3 bildet den Abtast-IGBT 24, eine Halbleiterschicht eines n⁺-Typs N4 wird auf der Fläche der Inselregion P3 gebildet, und eine Emitterelektrode EE2 in ohm'schem Kontakt mit der Inselregion P3 und der Halbleiterschicht N4 wird angeordnet. Die linke Inselregion P4 bildet das Halteelement 27, und eine Halbleiterschicht eines n⁺-Typs N5 und eine Halbleiterschicht eines p⁺-Typs P5 werden auf der Fläche der Inselregion P4 gebildet. Die Emitterelektrode EE2 ist von der Emitterelektrode EE1 elektrisch getrennt.
Eine Gate-Elektrode GE ist um die Inselregion P2 angeordnet. Diese Gate-Elektrode GE ist angeordnet, entgegengesetzt zu sein zu der Fläche der Halbleiterschicht N1, positioniert um die Inselregion P2, und der Fläche des äußeren peripheren Teils der Inselregion P2, positioniert zwischen den Halbleiterschichten N1 und N3, durch einen Isolationsfilm IS, wie etwa einen Siliziumoxidfilm, und steuert einen Kanal CH der Fläche des äußeren peripheren Teils der Inselregion P2, der zwischen den Halbleiterschichten N1 und N3 positioniert ist. Die Gate-Elektrode GE bildet das Gate G des Schaltelementes 20B. Die Gate-Elektrode GE ist um die Inselregion P3 angeordnet, und steuert auch einen Kanal CH der Fläche des äußeren peripheren Teils der Inselregion P3, der zwischen den Halbleiterschichten N1 und N4 positioniert ist.
In dem rechten Haupt-IGBT 21 von 12 sind ein N-Kanal-MOS-Transistor 22, ein PNP-Bipolartransistor 23a und ein NPN-Bipolartransistor 23b aufgebaut. Der N-Kanal-MOS-Transistor 22 ist derart aufgebaut, dass die Halbleiterschicht N3 eine Source S ist, der Halbleiter N1 ein Drain D ist und die Gate-Elektrode GE ein Gate G ist. Der PNP-Bipolartransistor 23a ist derart aufgebaut, dass die Halbleiterschicht P1 ein Emitter ist, die Halbleiterschichten N1 und N2 eine Basis sind und die Inselregion P2 ein Kollektor ist. Außerdem ist der NPN-Bipolartransistor 23b derart aufgebaut, dass die Halbleiterschichten N1 und N2 ein Kollektor sind, die Inselregion P2 eine Basis ist und die Halbleiterschicht N3 ein Emitter ist. In dem PNP-Bipolartransistor 23a und dem NPN-Bipolartransistor 23b sind der Kollektor des PNP-Bipolartransistors 23a und die Basis des NPN-Bipolartransistors 23b miteinander verbunden, und die Basis des PNP-Bipolartransistors 23a und der Kollektor des NPN-Bipolartransistors 23b sind miteinander verbunden. Der PNP-Bipolartransistor 23 von 7 ist durch diese Transistoren 23a und 23b aufgebaut.
In dem mittleren Abtast-IGBT 24 von 12 sind ein N-Kanal-MOS-Transistor 25, ein PNP-Bipolartransistor 26a und ein NPN-Bipolartransistor 26b aufgebaut. Der N-Kanal-MOS-Transistor 25 ist derart aufgebaut, dass die Halbleiterschicht N4 eine Source S ist, die Halbleiterschicht N1 ein Drain D ist und die Gate-Elektrode GE ein Gate G ist. Der PNP-Bipolartransistor 26a ist derart aufgebaut, dass die Halbleiterschicht P1 ein Emitter ist, die Halbleiterschichten N1 und N2 eine Basis sind und die Inselregion P3 ein Kollektor ist, und der NPN-Bipolartransistor 26b ist derart aufgebaut, dass die Halbleiterschichten N1 und N2 ein Kollektor sind, die Inselregion P3 eine Basis ist und die Halbleiterschicht N4 ein Emitter ist. In dem PNP-Bipolartransistor 26a und dem NPN-Bipolartransistor 26b sind der Kollektor des PNP-Bipolartransistors 26a und die Basis des NPN-Bipolartransistors 26b miteinander verbunden, und die Basis des PNP-Bipolartransistors 26a und der Kollektor des NPN-Bipolartransistors 26b sind miteinander verbunden. Der PNP-Bipolartransistor 26 von 9 ist durch diese Transistoren 26a und 26b aufgebaut. Der Erfassungswiderstand 67 ist mit der Emitterelektrode EE2 verbunden.
In dem linken Halteelement 27 von 12 sind ein PNP-Bipolartransistor 28 und ein NPN-Bipolartransistor 29 aufgebaut. Der PNP-Bipolartransistor 28 ist derart aufgebaut, dass die Halbleiterschicht P1 ein Emitter ist, die Halbleiterschichten N1 und N2 eine Basis sind und die Inselregion P4 ein Kollektor ist. Der NPN-Bipolartransistor 29 ist derart aufgebaut, dass die Halbleiterschichten N1 und N2 ein Kollektor sind, die Inselregion P4 eine Basis ist und die Halbleiterschicht N5 ein Emitter ist. Die Erfassungswiderstände 68 und 69 sind mit der Halbleiterschicht N5 verbunden, und die Zener-Diode 74 ist mit dem Erfassungswiderstand 68 verbunden. Die Zener-Diodengruppe 73 ist mit der Halbleiterschicht P5 verbunden.
Ausführungsform 5
13 zeigt Ausführungsform 5 einer Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Erfindung. Diese Ausführungsform 5 verwendet eine Strombegrenzungsschaltung 60B, die durch leichtes Modifizieren der Strombegrenzungsschaltung 60A der Ausführungsform 4, die in 9 gezeigt wird, erhalten wird. Da der Aufbau mit Ausnahme der Strombegrenzungsschaltung 60B der gleiche wie die Ausführungsform 4 ist, werden die gleichen Teile durch die gleichen Symbole bezeichnet und die Erläuterung wird weggelassen. Auch wird in dieser Ausführungsform 5 der IGBT 20B verwendet, der in 10 gezeigt wird.
Die Strombegrenzungsschaltung 60B dieser Ausführungsform 5 ist derart, dass eine Zener-Diodengruppe 75 und eine Zener-Diode 76 mit einer Basis eines NPN-Bipolartransistors 29 des Halteelementes 27 verbunden sind, und diese sind mit einem Erfassungswiderstand 67 durch einen Widerstand 77 verbunden. Die Zener-Diodengruppe 75 und die Zener-Diode 76 sind in Reihe miteinander zwischen der Basis B des NPN-Bipolartransistors 29 und einer Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Eine Kathode der Zener-Diodengruppe 75 ist mit der Basis B des NPN-Bipolartransistors 29 verbunden, eine Kathode der Zener-Diode 76 ist mit einer Anode der Zener-Diodengruppe 75 verbunden und eine Anode der Zener-Diode 76 ist mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Der Widerstand 77 ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen der Zener-Diodengruppe 75 und der Zener-Diode 76 und mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen dem Erfassungswiderstand 67 und einer Source S eines N-Kanal-MOS-Transistors 25 verbunden.
Nachdem die Zener-Diode 74 eingeschaltet ist, wird in dieser Ausführungsform 5 die Operation ähnlich zu der Ausführungsform 4 durchgeführt, bis die Zener-Diodengruppe 75 und die Zener-Diode 76 eingeschaltet sind, und die Operation ähnlich zu der Ausführungsform 4 wird bis zu dem in 10 gezeigten Betriebspunkt ”f” durchgeführt. Wenn die sich Kollektorspannung Vce anomal von dem Betriebspunkt ”e” erhöht und den Betriebspunkt ”f” erreicht, werden die Zener-Diodengruppe 75 und die Zener-Diode 76 eingeschaltet, die Erfassungsspannung des Erfassungswiderstands 67 wird durch die Zener-Diode 76 geklemmt, und selbst wenn der Kollektorstrom Ic des Schaltelementes 20B danach erhöht wird, wird der Strom des Strombegrenzungstransistors 66 nicht erhöht, und die Strombegrenzung setzt sich auf dem gleichen Pegel fort. Dadurch wird die Begrenzungsoperation des Kollektorstroms Ic in der Region Z4 von 10 konstant gemacht, und die weitere Begrenzungsoperation wird gestoppt. In der Ausführungsform 5 wird in dieser Region Z4 die Gate-Spannung Vg des Schaltelementes 20B eine konstante Spannung. Diese Gate-Spannung Vg hält das Schaltelement 20B in dem Ein-Zustand, und hält sie in dem Zustand, wo der fließende Strom ausreichend niedrig ist, und selbst wenn die Kollektorspannung Vce anomal erhöht wird, wird verhindert, dass ein großer Strom durch das Schaltelement 20B fließt. Alternativ wird ein Zustand beibehalten, in dem die Gate-Spannung Vg die Schwellenspannung Vth des Schaltelementes 20B nicht überschreitet, und es wird der Zustand erzeugt, in dem das Schaltelement 20B nicht erregt ist.
Ausführungsform 6
14 zeigt Ausführungsform 6 einer Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Erfindung. Diese Ausführungsform 6 verwendet einen Schaltkreis 10E und ist derart, dass eine Übererregungsschutzschaltung 80 der Ausführungsform 3, die in 6 gezeigt wird, hinzugefügt ist. Da der andere Aufbau der gleiche wie 6 ist, werden die gleichen Teile durch die gleichen Symbole bezeichnet und die Erläuterung wird weggelassen.
Wenn eine Erregungszeit für eine Primärspule 2 einer Zündspule 1 ein vorbestimmter Wert oder größer wird, veranlasst die Übererregungsschutzschaltung 80 ein Schaltelement 20A, zwangsweise ausgeschaltet zu sein und schützt eine Schaltung. Diese Übererregungsschutzschaltung 80 inkludiert eine Konstantstromquelle 81, einen Kondensator 82, einen Inverter 83, einen N-Kanal-MOS-Transistor 84 und einen Übererregungskomparator 85.
Die Konstantstromquelle 81 und der Kondensator 82 sind in Reihe miteinander zwischen einer Zündsignalleitung 11 und einer Bezugspotenzialleitung 12 verbunden, und die Konstantstromquelle 81 lädt den Kondensator 82 durch einen konstanten Strom. Der N-Kanal-MOS-Transistor 84 ist in einem Entladekreis des Kondensator 82 vorgesehen, sein Drain D ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 81 und dem Kondensator 82 verbunden und seine Source S ist mit der Bezugspotenzialleitung 12 verbunden. Ein Eingang des Inverters 83 ist mit der Zündsignalleitung 11 verbunden, und ein Ausgang davon ist mit einem Gate des N-Kanal-MOS-Transistors 84 verbunden. Der Übererregungskomparator 85 inkludiert einen Minusseiteneingang ”a”, einen Plusseiteneingang ”b” und einen Ausgang ”c”. Der Minusseiteneingang ”a” ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 81 und dem Kondensator 82 verbunden und empfängt eine Spannung an beiden Enden des Kondensators 82. Der Plusseiteneingang ”b” ist mit einem Plusanschluss einer Konstantpotenzialquelle 86 verbun den und empfängt ein konstantes Potential von dieser Konstantpotenzialquelle 86.
Bei Empfang eines Zündsignals Vi führt die Konstantstromquelle 81 den konstanten Strom dem Kondensator 82 zu und lädt den Kondensator 82. Die Spannung des Kondensators 82 steigt abhängig vom Verlauf der Zeit von einem Anstiegspunkt des Zündsignals Vi an. Wenn die Spannung dieses Kondensators 82 einen vorbestimmten Wert erreicht und der Eingang ”a” den Eingang ”b” überschreitet, kommt der Ausgang ”c” des Übererregungskomparators 85 zu einem tiefen Pegel, ein Umleitungstransistor 34 wird eingeschaltet, die Stromversorgung von einem Transistor 32 zu einem Ansteuerwiderstand 20R wird gestoppt, eine Gate-Spannung Vg des Schaltelementes 20A wird abgesenkt und das Schaltelement 20A wird ausgeschaltet.
Zum Zeitpunkt eines Motorfehlers des Verbrennungsmotors oder durch eine Potentialdifferenz in einem Bezugspotenzialpunkt einer elektrischen Steuereinheit (ECU) wird in dem Fall, wo die Zündsignalspannung Vio lange in einer derartigen Polarität gehalten wird, dass die Zündsignalleitung 11 plus gemacht wird, in Übereinstimmung damit eine Erregungszeit für die Primärspule 2 der Zündspule 1 lang. Wenn die Erregungszeit anomal lang wird und eine vorbestimmte Zeit oder länger wird, schaltet die Übererregungsschutzschaltung 80 das Schaltelement 20A zwangsweise aus, um die Erregung für die Zündspule 1 zu unterbrechen und schützt das Schaltelement 20A und seine Ansteuerschaltung. Wenn das Zündsignal Vi zu einem tiefen Pegel kommt, schaltet der Inverter 83 den N-Kanal-MOS-Transistor 84 ein und entlädt den Kondensator 82.
In der Ausführungsform 6 ist der Schaltkreis 10E durch die drei Anschlüsse 10a, 10b und 10c aufgebaut, und der Anschlussaufbau kann vereinfacht werden. Ferner wird der Kollektorstrom des Schaltelementes 20A durch die Strombegren zungsschaltung 60A begrenzt, und wenn die Erregungszeit des Schaltelementes 20A anomal lang wird, wird das Schaltelement 20A zwangsweise ausgeschaltet, und das Schaltelement 20A und seine Ansteuerschaltung können geschützt werden.
Übrigens können in der Ausführungsform 6 eine Stromversorgungsschaltung 30, inkludierend eine Konstantstromschaltung 40, eine Wellenform-Formerschaltung 50A, die Strombegrenzungsschaltung 60, inkludierend eine Erfassungsschaltung eines fließenden Stroms ID und eine Ausgangsspannungserfassungsschaltung VD, und die Übererregungsschutzschaltung 80 auch ganzheitlich auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat als eine Einchip-Halbleiterschaltung gebildet werden.
Die Übererregungsschutzschaltung 80 dieser Ausführungsform 6 kann auch für den Schaltkreis 10 der in 1 gezeigten Ausführungsform 1, den Schaltkreis 10A der in 4 gezeigten Ausführungsform 2, den Schaltkreis 10B der in 6 gezeigten Ausführungsform 3, den Schaltkreis 10C der in 9 gezeigten Ausführungsform 4 und den Schaltkreis 10D der in 13 gezeigten Ausführungsform 5 verwendet werden. In jedem Fall wird die Übererregungsschutzschaltung 80 kombiniert, so dass der Ausgang ”c” des Übererregungsschutzschaltungskomparators 85 den Umleitungstransistor 34 ansteuert.
Die Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Erfindung wird als eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor verwendet, der in einem Automobil angebracht ist. Außerdem kann sie auch als eine Zündvorrichtung eines Verbrennungsmotors, der in einem Schiff angebracht ist, oder eines Verbrennungsmotors, der als ein elektrischer Generator zur Verwendung im Haushalt oder in der Landwirtschaft verwendet wird, verwendet werden.

Claims

Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend: eine Zündspule (1) mit einer Primärspule (2) und einer Sekundärspule (3); und eine Schalteinrichtung (10; 10A; 10B; 10C; 10D; 10E), weiche einen Strom an die Primärspule (2) der Zündspule (1) liefert und unterbricht zur Erzeugung einer Zünd-Hochspannung in der Sekundärspule (3) der Zündspule (1) auf der Grundlage einer impulsförmigen Zündsignalspannung (Vi) mit einem ansteigenden Abschnitt (SU) und einem abfallenden Abschnitt (SD); wobei die Schalteinrichtung (10; 10A; 10B; 10C; 10D; 10E), die keinen an einer Stromquelle liegenden Energieversorgungsanschluss aufweist, folgende Anschlüsse umfasst: einen Eingangsanschluss (10b) zum Empfangen der Zündsignalspannung (Vi), einen mit der Primärspule (2) der Zündspule (1) verbundenen Ausgangsanschluss (10a), und einen an ein Referenzpotential (GND) angeschlossenen Referenzpotential-Anschluss (10c); und ein Schaltelement (20; 20A; 20B) mit Hauptelektroden (C; E), die zwischen den Eingangsanschluss (10a) und den Referenzpotential-Anschluss (10c) geschaltet sind, und mit einer Steuerelektrode (G); wobei das Schaltelement (20; 20A; 20B) dafür eingerichtet ist, in eingeschaltetem Zustand einen Strom an die Primärspule (2) der Zündspule (1) zu liefern und in abgeschaltetem Zustand den Strom zur Primärspule (2) zu unterbrechen; und wobei die Schalteinrichtung (10; 10A; 10B; 10C; 10D; 10E) ferner umfasst: einen Treiberwiderstand (20R), der zwischen die Steuerelektrode (G) des Schaltelementes (20; 20A; 20B) und den Referenzpotential-Anschluss (10c) geschaltet ist; eine Stromversorgungsschaltung (30), die zwischen den Eingangsanschluss (10b) und den Referenzpotential-Anschluss (10c) geschaltet ist und einen Treiberstrom an den Treiberwiderstand (20R) liefert auf der Grundlage der Zündsignalspannung (Vi); und eine Wellenform-Formerschaltung (50; 50A), die zwischen den Eingangsanschluss (10b) und den Referenzpotential-Anschluss (10c) geschaltet ist und den Treiberstrom steuert, der von der Stromversorgungsschaltung (30) an den Treiberwiderstand (20R) geliefert wird; wobei die Wellenform-Formerschaltung (50; 50A) eine Vergleichssignal-Erzeugungsschaltung (PS) aufweist zum Erzeugen eines Vergleichssignals (Vc) auf der Grundlage der Zündsignalspannung (Vi) sowie eine Referenzsignal-Erzeugungsschaltung (SS) zum Erzeugen eines Referenzsignals (Vs) auf der Grundlage der Zündsignalspannung (Vi); und wobei die Wellenform-Formerschaltung (50; 50A) dafür eingerichtet ist, die Lieferung des Treiberstroms an den Treiberwiderstand (20R) zu starten, wenn das Vergleichssignal (Vc) in einem ansteigenden Abschnitt (SU) der Zündsignalspannung (Vi) größer wird als das Referenzsignal (Vs), um dadurch das Schaltelement (20; 20A; 20B) in den Einschalt-Zustand zu bringen, und den Treiberstrom zu unterbrechen, wenn das Vergleichssignal (Vc) in einem abfallenden Abschnitt (UD) der Zündsignalspannung (Vi) kleiner wird als das Referenzsignal (Vs), um dadurch das Schaltelement (20; 20A; 20B) in den Ausschalt-Zustand zu bringen.
Zündvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Schalteinrichtung (10; 10A; 10B; 10C; 10D; 10E) eine mit dem Eingangsanschluss (10b) verbundene Zündsignalleitung (11; 11a) und eine mit dem Referenzpotentialanschluss (10c) verbundene Referenzpotentialleitung (12) aufweist; und die Stromversorgungsschaltung (30) sowie die Wellenform-Formerschaltung (50; 50A) jeweils zwischen die Zündsignalleitung (11, 11a) und die Referenzpotentialleitung (12) geschaltet sind.
Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Stromversorgungsschaltung (30) einen Ausgangstransistor (32) für die Lieferung des Treiberstroms und einen Steuertransistor (34) für die Steuerung des Einschalt/Ausschalt-Zustandes des Ausgangstransistors (32) aufweist; die Wellenform-Formerschaltung (50; 50A) einen Komparator (51) zum Vergleichen des Vergleichssignals (Vc) mit dem Referenzsignal (Vs) aufweist; und der Steuertransistor (34) zur Steuerung des Treiberstroms auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Komparators (51) gesteuert wird.
Zündvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Wellenform-Formerschaltung (50A) ferner eine Pegelanhebeschaltung (57) aufweist, die entsprechend dem Ausgangssignal des Komparator (51) wirksam ist; und die Pegelanhebeschaltung (57) den Pegel des Vergleichssignals (Vc) anhebt, wenn die Lieferung des Treiberstroms im ansteigenden Abschnitt (SU) der Zündsignalspannung (Vi) gestartet wird.
Zündvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Stromversorgungsschaltung (30) ferner eine Konstantstromschaltung (40) aufweist, welche zwischen die Zündsignalleitung (11; 11a) und die Referenzpotentialleitung (12) geschaltet ist; und die Konstantstromschaltung (40) einen Konstantstrom auf der Grundlage der Zündsignalspannung (Vi) erzeugt und veranlasst, dass der von der Stromversorgungsschaltung (30) an den Treiberwiderstand (20R) gelieferte Treiberstrom konstant wird.
Zündvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Konstantstromschaltung (40) einen Konstantstromtransistor (41) aufweist zum Erzeugen des Konstantstroms; und der Konstantstromtransistor (41) mit dem Ausgangstransistor (32) verbunden ist zum Durchführen eines Konstantstrombetriebs des Ausgangstransistors (32) der Stromversorgungsschaltung (30).
Zündvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Schalteinrichtung (10B; 10C; 10D; 10E) ferner eine Strombegrenzungsschaltung (60; 60A; 60B) aufweist zum Begrenzen eines an der Hauptelektrode (C; E) des Schaltelements (20A; 20B) fließenden Stroms.
Zündvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Strombegrenzungsschaltung (60; 60A; 60B) eine Stromerfassungsschaltung (ID) aufweist zum Erfassen des an der Hauptelektrode (C; E) des Schaltelements (20A; 20B) fließenden Stroms und den Treiberstrom von der Stromversorgungsschaltung (30) zum Treibertransistor (20R) bewerkstelligt in Abhängigkeit von einem Anstieg des an der Hauptelektrode (C; E) des Schaltelements (20A; 20B) fließenden Stroms zur Verminderung des an der Hauptelektrode (C; E) des Schaltelements (20A; 20B) fließenden Stroms.
Zündvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher das Schaltelement (20A) ein IGBT ist, das Schaltelement (20A) einen Emitter (E) und einen Hilfsemitter (E1) aufweist und die Stromerfassungsschaltung (ID) mit dem Hilfsemitter (E1) verbunden ist.
Zündvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher das Schaltelement (20B) ein IGBT ist mit einem Abtast-IGBT (24) und die Stromerfassungsschaltung (ID) mit dem Abtast-IGBT (24) verbunden ist.
Zündvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Strombegrenzungsschaltung (60; 60A; 60B) eine Ausgangsspannungs-Erfassungsschaltung (VD) aufweist zum Erfassen einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss (10a), und eine Strombegrenzungs-Charakteristik für das Schaltelement (20A; 20B) ändert in Abhängigkeit von der Spannung, welche durch die Ausgangsspannungs-Erfassungsschaltung (VD) erfasst wird.
Zündvorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Ausgangsspannungs-Erfassungsschaltung (VD) eine Spannungsänderungseinheit (73, 74; 75, 76, 74) aufweist zur Änderung der erfassten Spannung stufenweise entsprechend einem Anstieg der Ausgangsspannung, und die Strombegrenzungs-Charakteristik für das Schaltelement (20B) stufenweise geändert wird.
Zündvorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher in der Strombegrenzungs-Charakteristik ein Knickpunkt (e) vorhanden ist und in einem Bereich, in welchem die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluss (10a) niedriger ist als jene an dem Knickpunkt (e), im Vergleich zu einem Bereich, in welchem die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluss (10a) höher ist als jene an dem Knickpunkt (e), ein Anstieg bzw. Abfall des an der Hauptelektrode (C, E) des Schaltelements (20B) fließenden Stroms gering gehalten wird.
Zündvorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher das Schaltelement (20B) ein IGBT mit einem Halteelement (27) isst und die Ausgangsspannungs-Erfassungsschaltung (VD) mit dem Halteelement (27) verbunden ist.
Zündvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Schalteinrichtung (10B; 10C; 10D; 10E) eine Ausgangsspannungs-Erfassungsschaltung (VD) aufweist zum Erfassen einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss (10a), und im Falle eines Anstiegs der Ausgangsspannung ein an der Hauptelektrode (C; E) des Schaltelementes (20A; 20B) fließender Strom verringert oder unterbrochen wird.
Zündvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Schalteinrichtung (10; 10A; 10B; 10C; 10D; 10E) eine Übererregungs-Schutzschaltung (80) aufweist; und in dem Fall, dass die Dauer einer Erregung des Schaltelementes (20; 20A; 20B) gleich oder länger ist als ein bestimmte Zeitdauer, die Übererregungs-Schutzschaltung (80) das Schaltelement (20; 20A; 20B) abschaltet.
Zündvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Schalteinrichtung (10B; 10C; 10D; 10E) umfasst: eine Ausgangsspannungs-Erfassungsschaltung (VD) aufweist zum Erfassen einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss (10a); und eine Strombegrenzungsschaltung (60; 60A; 60B) aufweist zur Begrenzung eines an der Hauptelektrode (C; E) des Schaltelementes (20A; 20B) fließenden Stroms; eine Ausgangsspannungs-Erfassungsschaltung (VD) zum Erfassen einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss (10a) und zum Verringern des an einer Hauptelektrode (C; E) des Schaltelementes (20A; 20B) fließenden Stromes, wenn die Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss (10a) zunimmt; und eine Übererregungs-Schutzschaltung (80) zum Abschalten des Schaltelementes (20A; 20B), wenn die Dauer einer Erregung des Schaltelementes (20A; 20B) gleich oder länger wird als eine bestimmte Dauer.
Zündvorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher die Strombegrenzungsschaltung (60; 60A; 60B), die Ausgangsspannungs-Erfassungsschaltung (VD) und die Übererregungs-Schutzschaltung (80) zusammen mit der Stromversorgungsschaltung (30) und der Wellenform-Formerschaltung (50; 50A) auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat integriert sind.