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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaltkreis für die Steuerung
des Anschaltvorgangs einer Zündspule
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Schaltkreis
ist aus der
US 5 181
498 A vorbekannt.
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Bei
der Ausführung
von Zündspulen
wird bei der Standard-Konfiguration eines sekundären Schaltkreises für eine im
Zündkerzenstecker
integrierte Zündspule
(CPP) eine Hochspannungs-Zenerdiode verwendet. Die Hochspannungs-Zenerdiode
dämpft
die Spannung, die in der sekundären
Spule der Zündspule
in dem Moment erzeugt wird, wenn die Zündspule angeschaltet wird,
ein Vorgang, der auch bekannt ist als Einschaltspannung oder Induktions-Spannung.
Die Hochspannungs-Zenerdiode verhindert, dass durch die Spitze in
der Einschaltspannung eine vorzeitige Zündung erfolgt.
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Die
Hochspannungs-Zenerdiode ist eine Komponente, die wegen ihres hohen
Spannungswertes und wegen ihres spezialisierten Einsatzgebietes mit
hohen Kosten verbunden ist. Die Kosten der Hochspannungs-Zenerdiode
sind ein signifikanter Faktor bei den Kosten des Treiber-Schaltkreises
für die
Zündspule,
und es wären
bei der Vermeidung dieser Hochspannungs-Zenerdiode signifikante
Einsparungen möglich.
Allerdings trägt
die Hochspannungs-Zenerdiode in Konfigurationen nach dem Stand der
Kunst eine wichtige Funktion, indem sie die Einschaltspannung (im
sekundären
Kreis) reduziert. Die Reduktion der Einschaltspannung verhindert, dass
ein frühzeitiger
Zündfunken
entsteht, der eine frühzeitige
Zündung
zufolge hat, und sie minimiert die Abnutzung der Kontakte der Zündkerze.
Ein früher Zündfunken
könnte
außerdem
zu rauen Lauf des Motors führen,
zu höheren
Emissionen und zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch.
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Zusätzlich kann
die Vermeidung der Hochspannungs-Zenerdiode ausgesprochen wichtig
werden bei der Einhaltung von ODBII-Vorgaben, die zu einer Erkennung
von Fehlzündungen
verpflichten. Die Erkennung von Fehlzündung über die Ioni sation im Zündsystem
ist nicht möglich,
wenn eine Hochspannungs-Zenerdiode verwendet wird, da die Hochspannungs-Zenerdiode
das Ionisations-Signal blockiert, das für die Erkennung der Fehlzündungen
erforderlich ist.
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Unter
den genannten Gesichtspunkten ist es einsichtig, dass ein Bedarf
besteht für
einen verbesserten Schaltkreis zur Steuerung einer Zündspule.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, den Schaltkreis der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern und weiterzuentwickeln, dass
die Spitze der Einschaltspannung am Sekundärkreis der Zündspule
verringert und der Anstieg der Spannung am Spulentreiber für die Primärspule verlangsamt
wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch den Schaltkreis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Bei
diesem Schaltkreis zur Steuerung des Anschaltvorgangs ist die Einschaltspannung
im Sekundärkreis
der Zündspule
verringert. Zusätzlich
bietet die Diode einen Weg, um den Kondensator schnell zu entladen.
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Der
Schaltkreis zur Steuerung des Anschaltvorgangs hat einen Eingang,
der als Schaltungsknoten ausgebildet ist. Dieser Eingang empfängt ein Steuerungssignal
für die
Zündspule
vom Steuerungssystem für
die Zündung.
Der Kondensator beginnt mit der Aufladung, nachdem der Schaltkreis
für den
Anschaltvorgang das Steuerungssignal erhalten hat. Bei der Aufladung
des Kondensators steigt allmählich
die Spannung, die am Ausgang anliegt. Der Ausgang ist ebenfalls
als Schaltungsknoten ausgebildet und ist mit dem Zündspulentreiber-Schaltkreis verbunden.
Die Geschwindigkeit des Anstiegs der Spannung wird gesteuert durch
die Auswahl des Widerstands und des Kondensators. Die Verlangsamung
des Anschaltvorgangs am Zündspulentreiber-Schaltkreis
für die
Zündspule
führt dazu,
dass die Spitze der Einschaltspannung am Sekundärkreis der Zündspule
gedämpft
wird. Die Dämpfung
der Spitze der Einschaltspannung minimiert die Verschlechterung
der Kontakte der Zündkerze
und vermeidet gleichzeitig die Notwendigkeit für die Hochspannungs-Zenerdiode.
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Weiterhin
besitzt der Schaltkreis für
die Steuerung des Anschaltvorgangs eine Diode, die die schnelle
Entladung des Kondensators ermöglicht. Die
schnelle Entladung des Kondensators ist erforderlich dafür, dass
das Feld der Zündspule
schnell zusammenbricht und die maximale Spannung im sekundären Kreis
an den Kontakten der Zündkerze
zur Verfügung
steht, wenn der Zündvorgang
das nächste Mal
stattfindet.
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Zusätzlich erlaubt
die vorliegende Erfindung die Verwendung eines kleineren Kontaktabstands
an der Zündkerze.
Der kleinere Kontaktabstand und die Vermeidung der Hochspannungs-Zenerdiode
machen es möglich,
die Signalstärke
und den Signal-Rauschabstand des Erkennungssystems für Fehlzündung mit
Hilfe der Ionisation zu verbessern.
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Weitere
Zielsetzungen, Leistungen und Vorteile dieser Erfindung werden für Fachleute
schnell einsichtig, wenn die folgende Beschreibung studiert wird,
die Bezug hat auf die Zeichnung und Patentansprüche, die alle zusammen Teilen
dieser vorliegenden Spezifikationen sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein Schaltdiagramm des Schaltkreises entsprechend der vorliegenden
Erfindung.
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2 zeigt
den Spannungsverlauf am Ausgang für den Anschaltvorgang entsprechend
der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführung des Schaltkreises für den Anschaltvorgang
zur Steuerung einer Zündspule
entsprechend der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Schaltdiagramm, das eine weitere Ausführung des Schaltkreises für den Anschaltvorgang
zur Steuerung einer Zündspule
entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
ein Schaltdiagramm, das eine weitere Ausführung des Schaltkreises für den Anschaltvorgang
zur Steuerung einer Zündspule
entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 wird in diesen
Figuren ein Schaltkreis für
den Anschaltvorgang als 10 dargestellt, der die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung verkörpert.
Der Schaltkreis 10 hat einen Eingang 12, einen
Kondensator 16, einen Widerstand 24, eine Zenerdiode 22,
und einen Zündspulentreiber-Schaltkreis 18.
Der Zündspulentreiber-Schaltkreis 10 für den Anschaltvorgang
ist dafür konfiguriert,
die Zündspule 30 mit
Energie zu versorgen.
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Der
Eingang 12 empfängt
ein Steuerungssignal von einem Zündspulensteuerungs-Modul
(nicht gezeigt), das die Aktivierung des Zündspulentreiber-Schaltkreises 18 veranlasst
und dadurch die Zündspule 30 mit
Energie versorgt. Eine Zenerdiode 22 ist geschaltet zwischen
dem Eingang 12 und dem Ausgang 14. Die Zenerdiode 22 ist
so orientiert, dass die Kathode der Zenerdiode 22 mit dem
Eingang 12 verbunden ist und die Anode der Zenerdiode 22 mit dem
Ausgang 14 verbunden ist.
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Ein
Anschluss des Kondensators 16 ist mit dem Ausgang 14 verbunden.
Der andere Anschluss des Kondensators 16 ist über die
Zenerdiode 26 mit dem elektrischen Massepotenzial 28 verbunden.
Die Zenerdiode 26 ist so orientiert, dass die Kathode der Zenerdiode 26 mit
dem Kondensator 16 verbunden ist und dass die Anode der
Zenerdiode 26 mit dem elektrischen Massepotential 28 verbunden
ist. Zusätzlich
ist der Widerstand 24 zwischen der Kathode der Zenerdiode 26 und
dem Ausgang 14 geschaltet.
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In
dem Moment, wo das Steuerungssignal am Eingang 12 und am
Kondensator 16 empfangen wird, springt die Spannung am
Ausgang 14 auf einen Wert, der gerade unterhalb des Wertes
ist, bei dem der Zündspulentreiber-Schaltkreis 18 beginnt,
die Spannung zur Zündspule
einzuschalten, wie in 2 gezeigt, und zwar während der
Zeitperiode 32. Der effektive Widerstand, der durch die
Zenerdiode 32 in Verbindung mit dem Widerstand 24 dargestellt
wird, führt
dazu, dass der Kondensator 16 sich allmählich innerhalb einer Aufladezeit 34 auflädt. Bei
der Aufladung beginnt der Zündspulentreiber-Schaltkreis 18, die
Zündspule 30 auszulösen und
damit die Zündung einzuleiten.
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Auf
der anderen Seite ist es ebenfalls wichtig, dass das Feld der Zündspule
schnell abgebaut wird, nachdem die Zündspule 30 ausgelöst worden ist.
Deswegen sorgt der Schaltungsweg zum elektrischen Massepotenzial,
der durch die Zenerdiode 22 und den Widerstand 20 dargestellt
wird, dafür,
dass der Kondensator 16 sich schnell entladen kann. Der Widerstand 20 befindet
sich zwischen der Kathode der Zenerdiode 22 und dem elektrischen
Massepotenzial 28. Der Wert des Widerstandes 20 wird
so gewählt,
dass eine Entladezeitdauer 36 des Kondensators 16 klein
ist im Verhältnis
zu der Aufladezeitdauer 34.
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Als
Nächstes
wird mit Bezug auf 3 eine weitere Ausführung des
Schaltkreises für
den Anschaltvorgang entsprechend der vorliegenden Erfindung als 40 dargestellt.
Der Schaltkreis 40 hat einen Eingang 42, einen
Kondensator 46, einen Widerstand 54, eine Diode 52,
und einen Zündspulentreiber-Schaltkreis 48.
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Der
Eingang 42 empfängt
ein Steuerungssignal von einem Zündspulensteuerungs-Modul
(nicht gezeigt), um die Aktivierung des Zündspulentreibers 48 einzuleiten
und dadurch die Zündspule 60 auszulösen. Der
Widerstand 54 ist zwischen dem Eingang 42 und
dem Ausgang 44 geschaltet.
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Der
Kondensator 46 ist mit seinem ersten Anschluss mit dem
Ausgang 44 und mit seinem zweiten Anschluss über die
Dioden 56 und 57 mit dem elektrischen Massepotenzial 58 verbunden.
Die Dioden 56 und 57 sind so orientiert, dass
die Anode der Diode 56 mit dem Kondensator 46 verbunden
ist, die Kathode der Diode 56 mit der Anode der Diode 57 verbunden
ist, und die Kathode der Diode 57 mit dem elektrischen
Massepotenzial 58 verbunden ist. Weiterhin ist der Widerstand 54 zwischen
dem Eingang 42 und dem Ausgang 44 geschaltet.
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Wenn
das Steuerungssignal am Eingang 42 empfangen wird, springt
die Spannung am Ausgang 44 auf einen Wert, der gerade unterhalb
des Wertes liegt, wo der Zündspulentreiber-Schaltkreis 48 beginnt,
auszulösen.
Der Widerstand 54 führt
dazu, dass der Kondensator 46 sich über die Zeitperiode der Aufladung
all mählich
auflädt.
Während
des Vorgangs steigt die Spannung an und löst der Zündspulentreiber-Schaltkreis 48 aus.
Er veranlasst die Zündspule 60,
mit der Zündung
zu beginnen.
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Der
Schaltungsweg zum elektrischen Massepotenzial 58, der durch
die Diode 52, den Widerstand 50, die Diode 56 und
die Diode 57 dargestellt wird, sorgt dafür, dass
der Kondensator 46 sich schnell entladen kann. Die Diode 52 ist
zwischen dem Eingang 42 und dem Ausgang 44 geschaltet. Die
Diode 52 ist so orientiert, dass die Kathode der Diode 52 mit
dem Eingang 42 verbunden ist und die Anode der Diode 52 mit
dem Ausgang 44 verbunden ist. Der Widerstand 50 befindet
sich zwischen der Kathode der Diode 52 und der Anode der
Diode 56. Der Wert des Widerstandes 50 wird so
gewählt,
dass die Entladezeitdauer 36 des Kondensators 46 klein
ist im Verhältnis
zu der Aufladezeitdauer 34.
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Als
Nächstes
wird mit Bezug auf 4 noch eine weitere Ausführung des
Schaltkreises als 70 dargestellt. Als primäre Komponenten
enthält
der Schaltkreis 70 einen Eingang 72, einen Kondensator 76,
einen Widerstand 84, eine Diode 82, und einen Zündspulentreiber-Schaltkreis 78.
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Der
Eingang 72 empfängt
ein Steuerungssignal von einem Zündspulensteuerungs-Modul
(nicht gezeigt), um die Aktivierung des Zündspulentreiber-Schaltkreises 78 einzuleiten
und dadurch die Zündspule 90 auszulösen. Der
Widerstand 84 ist zwischen dem Eingang 72 und
dem Ausgang 74 geschaltet.
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Der
Kondensator 76 ist mit seinem ersten Anschluss am Ausgang 74 angeschlossen
und mit seinem zweiten Anschluss über die Dioden 86 und 87 mit
dem elektrischen Massepotenzial 88 verbunden. Die Dioden 86 und 87 sind
so orientiert, dass die Anode der Diode 86 mit dem Kondensator 76 verbunden
ist, die Kathode der Diode 86 mit der Anode der Diode 87 verbunden
ist, und die Kathode der Diode 87 mit dem elektrischen
Massepotenzial 88 verbunden ist. Weiterhin ist der Widerstand 83 zwischen
der Anode der Diode 86 und dem Ausgang 74 geschaltet.
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Wenn
das Steuerungssignal am Eingang 72 und am Kondensator 76 empfangen wird,
springt die Spannung am Ausgang 74 auf einen Wert, der
gerade unterhalb des Wertes liegt, wo der Zündspulentreiber-Schaltkreis 78 beginnt,
auszulösen.
Der Widerstand, der durch den Widerstand 84 in Zusammenarbeit
mit dem Widerstand 83 gebildet wird, führt dazu, dass der Kondensator 76 sich über die
Aufladezeitdauer 34 allmählich auflädt. Während die Spannung ansteigt,
löst der
Zündspulentreiber-Schaltkreis 78 aus
und veranlasst die Zündspule 90,
mit der Zündung
zu beginnen.
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Der
Schaltungsweg zum elektrischen Massepotenzial 88, der durch
die Diode 82 und den Widerstand 80 dargestellt
wird, sorgt dafür,
dass der Kondensator 76 sich schnell entladen kann. Der
Widerstand 80 ist zwischen der Kathode der Diode 82 und
dem elektrischen Massepotenzial 88 geschaltet. Die Diode 82 ist
geschaltet zwischen dem Eingang 72 und dem Ausgang 74.
Die Diode 82 ist so orientiert, dass die Kathode der Diode 82 mit
dem Eingang 72 verbunden ist und die Anode der Diode 72 mit dem
Ausgang 74 verbunden ist. Der Wert des Widerstandes 80 wird
so gewählt,
dass die Entladezeitdauer 36 des Kondensators 76 klein
ist im Verhältnis
zu der Aufladezeitdauer 34.
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Als
Nächstes
wird mit Bezug auf 5 eine weitere Ausführung eines
Schaltkreises entsprechend der vorliegenden Erfindung als 100 dargestellt.
Als primäre
Komponenten enthält
er einen Eingang 102, einen Kondensator 106, einen
Widerstand 114, eine Diode 112, und einen Zündspulentreiber-Schaltkreis 108.
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Der
Eingang 102 empfängt
ein Steuerungssignal von einem Zündspulensteuerungs-Modul (nicht
gezeigt), um die Aktivierung des Zündspulentreibers 118 einzuleiten
und dadurch die Zündspule 120 auszulösen. Der
Widerstand 114 ist zwischen dem Eingang 102 und
dem Ausgang 104 geschaltet.
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Der
Kondensator 106 ist mit seinem ersten Anschluss am Ausgang 104 und
mit seinem zweiten Anschluss mit dem elektrischen Massepotenzial 118 verbunden.
Wenn das Steuerungssignal am Eingang 102 empfangen wird,
sorgt der Widerstand 114 dafür, dass sich der Kondensator 106 allmählich über die Aufladezeitdauer 34 auflädt. Wenn
die Spannung ansteigt, löst
der Zündspulentreiber-Schaltkreis 108 aus
und veranlasst die Zündspule 120,
mit der Zündung
zu be ginnen.
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Der
Schaltungsweg zum elektrischen Massepotenzial 118, der
durch die Diode 112 und den Widerstand 110 dargestellt
wird, sorgt dafür, dass
der Kondensator 106 sich schnell entladen kann. Die Diode 112 ist
zwischen dem Eingang 102 und dem Ausgang 104 geschaltet.
Die Diode 112 ist so orientiert, dass die Kathode der Diode 112 mit
dem Eingang 102 und die Anode mit dem Ausgang 104 verbunden
ist. Der Widerstand 110 ist zwischen der Kathode der Diode 112 und
dem elektrischen Massepotenzial 118 geschaltet. Der Wert
des Widerstandes 110 wird so gewählt, dass die Entladezeitdauer 36 des
Kondensators 106 klein ist im Verhältnis zu der Aufladezeitdauer 34.
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Für einen
Fachmann ist es einsichtig, dass die oben gegebene Beschreibung
als eine Darstellung der Implementierung auf Basis der Prinzipien der
vorliegenden Erfindung zu sehen ist. Die Beschreibung ist nicht
dafür abgestellt,
den Geltungsumfang oder die Anwendbarkeit dieser Erfindung einzuschränken, da
es möglich
ist, diese Erfindung zu modifizieren, zu variieren und abzuändern, ohne
vom Geltungsumfang dieser Erfindung, wie er in den nachfolgenden
Patentansprüchen
definiert ist, weg zu gehen.
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- 10,
40, 70, 100
- Zündspulentreiber
- 12,
42, 72, 102
- Eingang
(erster Schaltungsknoten)
- 14,
44, 74, 104
- Ausgang
(zweiter Schaltungsknoten)
- 16,
46, 76, 106
- Kondensator
- 18,
48, 78, 108
- Zündspulentreiber-Schaltkreis
- 20,
50, 80, 110
- zweiter
Widerstand
- 22,
52, 82, 112
- erste
Diode
- 26
- Zenerdiode
- 24,
83
- erster
Widerstand
- 28,
58, 88, 118
- Massepotenzial
- 30,
60, 90, 120
- Zündspule
- 32
- Zeitperiode
- 34
- Aufladezeitdauer
- 36
- Entladezeitdauer
- 54,
84, 114
- dritter
Widerstand
- 56,
57
- Diode
- 86,
87
- Diode