DE19755140B4

DE19755140B4 - Zündanlage mit Zündspule

Info

Publication number: DE19755140B4
Application number: DE19755140A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Kariya-shi Miwa; Yukio Kariya-shi Kunieda; Isao Toyota-shi Goto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2017-12-12
Also published as: US6095125A; JPH10176647A; DE19755140A1; US6032658A

Abstract

Zündanlage mit
einer Zündspule (1) mit einer Primärspule (11) und einer Sekundärspule (12), die Zündspannung einer vorbestimmten Polarität an der Sekundärspule (12) bereitstellt,
einer Zündvorrichtung (2) mit einem Schaltelement (20), das der Primärspule (11) zugeführten Strom steuert, um die Zündspannung zu regelmäßigen Zeiten zu erzeugen, und
einer Zener-Diode (13), die zwischen der Primärspule und der Sekundärspule verschaltet ist, um in Richtung der vorbestimmten Polarität nahezu keinen Spannungsabfall und in der entgegengesetzten Richtung einen konstanten Spannungsabfall in Höhe ihrer Durchbruchspannung bereitzustellen, um dadurch zu anderen Zeiten als den regelmäßigen Zündzeiten störende in der Sekundärspule (12) induzierte Spannung zu reduzieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zündspule (1) eine Einschaltspannung von weniger als 1,18 kV erzeugt, wenn die Zündvorrichtung (2) der Primärspule Strom zuführt, und die Durchbruchspannung der Zener-Diode (13) kleiner ist als 1,5 kV.

Description

Die vorliegende Patentanmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität der am 19. Dezember 1996 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 8-340022 , deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.
Die Erfindung betrifft eine Zündanlage mit einer Zündspule für eine Brennkraftmaschine.
In einer sogenannten verteilerlosen Zündanlage, bei der eine Zündspule und eine Zündkerze integral zusammengefasst sind, kann ein Zündfunke an der Zündkerze erzeugt werden, wenn der Primärspule der Zündspule zu anderen Zeiten als den Zündzeiten Strom zugeführt wird. Ein solcher Zündfunke verursacht abnormale Vibrationen in einer Brennkraftmaschine.
Ein solcher störender Zündfunke kann vermieden werden, wenn eine Diode derart zwischen Anschlüssen der Primärspule und der Sekundärspule verschaltet ist, dass der in der Sekundärspule induzierte Strom zu der Primärspule fließen kann, weil die Richtung der den störenden Zündfunken verursachenden induzierten Spannung (Ein-Spannung) der Richtung der regelmäßigen Zündspannung entgegengesetzt ist. Der störende Zündfunke kann auch dann vermieden werden, wenn eine Diode seriell mit der Funkenstrecke der Zündkerze eingefügt wird, um in der zu dem regelmäßigen Zündfunkenstrom bzw. -kerzenstrom entgegengesetzten Richtung fließenden Funkenstrom zu unterbrechen oder sperren. Eine zusätzliche Funkenstrecke, die seriell mit der Funkenstrecke der Zündkerze verschaltet ist, kann den störenden Zündfunken ebenfalls vermeiden.
Eine solche Diode, die in einem Hochspannungskreis zu dem vorgenannten Zweck verwendet werden soll, ist jedoch teuer, und der in der Zündspule zum Einbau der Diode zur Verfügung stehende Raum ist begrenzt. Die zusätzliche Funkenstrecke erfordert zusätzlichen Raum und Bauteile wie beispielsweise Anschlusselemente. Außerdem erhöht die zusätzliche Funkenstrecke den Energieverlust.
Die Druckschrift US-A-4 653 460 offenbart eine Zündanlage, welche eine Zener-Diode verwendet, die in dem Hochspannungskreis der Zündspule verschaltet ist, um eine Verbesserung im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem herbeizuführen. Die Zener-Diode ersetzt jedoch lediglich die übliche Diode und lässt den rückwärts gerichteten Strom nur dann passieren, wenn die Ein-Spannung höher als die Durchbruchspannung wird, also bei 2 bis 4 kV. Diese Zener-Diode ist noch immer teuer und sperrig, da eine solche Zener-Diode viel Energie verbraucht und daher eine große Wärmableitfläche aufweisen muss. Ferner kann die Zener-Diode mit einer Durchbruchspannung von mehr als 2 kV zulassen, dass eine Einschaltspannung von mehr als 1,18 kV induziert wird, wenn die Zener-Diode durchbricht. Dadurch kann nicht zuverlässig vermieden werden, dass an der Zündkerze zur Unzeit eine störende Spannung induziert wird, die zu einer Zündfunkenbildung außerhalb von Zündzeiten führt.
Die Druckschrift US-A-4 556 040 offenbart Zündanlage, jedoch ohne Verwendung von Zener-Dioden. Bei der gezeigten Zündanlage wird nicht verhindert, dass störende Spannungen in der Sekundärspule zur Unzeit induziert werden, sondern wird bei Auftreten solcher Störspannungen (was nicht verhindert werden kann) lediglich vermieden, dass diese zu einer Fehlzündung der Zündkerze führen. Auch ist die US 4 556 040 nicht auf die Vermeidung von Fehlzündungen im normalen Betrieb gerichtet, sondern vielmehr auf den Sonderfall der Vermeidung von Fehlzündungen bei fehlerhaften bzw. beschädigten Bauelementen in der Zündanlage. Diese Aufgabe wird durch Bereitstellung zusätzlicher gewöhnlicher Dioden in der Zündkerze parallel zu deren Funkenstrecke gelöst. Es ergibt sich kein Hinweis auf die Verwendung einer Zener-Diode und/oder einen geeigneten Betriebsbereich einer Zündspüle.
Weiterer Stand der Technik in dem relevanten technischen Gebiet ist bekannt aus den Druckschriften DE-A1-25 57 212 , DE-C2-26 54 413 und US-A-5 377 653 .
Keine der vorgenannten Druckschriften bietet jedoch eine Lösung für die genannten Probleme in Verbindung mit einer Vermeidung einer störenden Zündfunkenbildung außerhalb von Zündzeiten bei angemessenem Energie- und Raumbedarf und bei angemessenen Kosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Zündanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche den störenden Zündfunken vermeidet, ohne zu zusätzlichem Raumbedarf oder zusätzlichen Kosten zu führen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zündanlage mit einer Zündspule mit einer Primärspule und einer Sekundärspule, die Zündspannung einer vorbestimmten Polarität an der Sekundärspule bereitstellt, einer Zündvorrichtung mit einem Schaltelement, das der Primärspule zugeführten Strom steuert, um die Zündspannung zu regelmäßigen Zeiten zu erzeugen, und einer Zener-Diode, die zwischen der Primärspule und der Sekundärspule verschaltet ist, um in Richtung der vorbestimmten Polarität nahezu keinen Spannungsabfall und in der entgegengesetzten Richtung einen konstanten Spannungsabfall in Höhe ihrer Durchbruchspannung bereitzustellen, um dadurch zu anderen Zeiten als den regelmäßigen Zündzeiten störende in der Sekundärspule induzierte Spannung zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspule eine Einschaltspannung von weniger als 1,18 kV erzeugt, wenn die Zündvorrichtung der Primärspule Strom zuführt, und die Durchbruchspannung der Zener-Diode kleiner ist als 1,5 kV.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Primärspule einen Anschluss mit einer Batterie verbunden und den anderen Anschluss mit der Zündvorrichtung verbunden, und hat die Sekundärspule einen Anschluss über die Zener-Diode mit dem einen Anschluss der Primärspule verbunden und den anderen Anschluss mit einer Zündkerze verbunden.
Vorteilhaft ist die Zener-Diode in der Zündspule angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Zündvorrichtung ein Schaltungsmodul und ist die Zündvorrichtung in der Zündspule integriert. Vorteilhaft ist die Zener-Diode ferner auf dem Schaltungsmodul angebracht.
Die vorstehende Aufgabe wird alternativ gelöst durch eine Zündanlage mit einer Zündspule mit einer Primärspule und einer Sekundärspule, die Zündspannung einer vorbestimmten Polarität an der Sekundärspule bereitstellt, und einer Zündvorrichtung, die mit der Primärspule verbunden ist, um der Primärspule zu regelmäßigen Zündzeiten Strom zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung einen Konstantspannungsschaltkreis mit einem Transistor umfasst, der seriell mit der Primärspule und einer Zener-Diode verschaltet ist, und der Konstantspannungsschaltkreis eine an die Primärspule angelegte Maximalspannung begrenzt, wenn die Zündvorrichtung der Primärspule Strom zuführt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung einer Zündspule gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ein Diagramm, welches ein Schaltsignal und eine Spannung, die in der Sekundärspule der Zündspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel induziert wird, zeigt; und
3 eine Schaltungsanordnung eines Konstantspannungsschaltkreises einer Zündvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Nachstehend wird ein Zündsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Eine Zündspule 1 ist in einer in einem Zylinderblock einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine ausgeformten Einstecköffnung zusammen mit einer mit ihr als Einheit integral ausgebildeten Zündkerze eingebaut. Die Zündspule 1 weist eine erste Spule oder Primärspule 11 und eine zweite Spule oder Sekundärspule 12 auf. Die Primärspule 1 besitzt einen Batteriespannung V_B bereitstellenden batterieseitigen Anschluss, mit dem eine (nicht gezeigte) Batterie verbunden ist, und einen schaltseitigen Anschluss, mit dem ein als Schalteinrichtung oder Schalter arbeitender Schalttransistor 20 einer Zündvorrichtung verbunden ist, so dass die Batteriespannung V_B durch den Schalter 20 an die Primärspule angelegt wird. Eine Zener-Diode 13 ist zwischen dem batterieseitigen Anschluss V_a der Primärspule und dem unterseitigen bzw. unteren Anschluss (dem dem mit der Zündkerze verbundenen Anschluss gegenüberliegenden Anschluss) der Sekundärspule verschaltet, so dass in der und durch die Sekundärspule Strom, der durch (nachstehend als Einschalt- bzw. Ein-Spannung bezeichnete) Spannung, die induziert wird, wenn der Primärspule Strom zugeführt wird, fließen kann. Bei der Zener-Diode 13 handelt es sich um eine flache Ausführung mit freiliegendem Halbleiter ("flat bare chip type"), die auf einem Schaltungsmodul der in die Zündspule 1 integrierten Zündvorrichtung 2 angebracht ist.
Wenn an die Basis des Schalttransistors 20 ein Schaltsignal gemäß 2 angelegt wird, wird der Primärspule 11 Primärstrom zugeführt. Mit langsam ansteigendem Primärstrom wird die Ein-Spannung in der Sekundärspule 12 induziert und an die Zündkerze angelegt. Da jedoch die Zener-Diode 13 in Reihe mit der Zündkerze verbunden ist, um den durch die Ein-Spannung verursachten Strom zu unterbrechen, fällt die an der Zündkerze anliegende Spannung hauptsächlich an der Zener-Diode ab bzw. wird hauptsächlich von dieser geteilt, so dass der störende Zündfunke vermieden werden kann, wenn die an der Zener-Diode 13 abfallende Spannung kleiner ist als deren Durchbruchspannung. Selbst dann, wenn die Zener-Diode 13 durchbricht, fällt ein Teil der Ein-Spannung – die Durchbruchspannung – an der Zener-Diode 13 ab. In Übereinstimmung mit Versuchsergebnissen kann der störende Zündfunke vermieden werden, wenn die Ein-Spannung nicht höher ist als 1,18 kV. Wenn die Durchbruchspannung der Zener-Diode 13 höher ist als 500 Volt, kann die an die Zündkerze angelegte Ein-Spannung auf eine Spannung niedriger als 1,18 kV reduziert werden. In Anbetracht der Isolationsstruktur der Zener-Diode ist zu bevorzugen, dass deren Durchbruchspannung niedriger ist als 1,5 kV.
Demgegenüber wird dann, wenn das Schaltsignal von dem Ein-Signal, also der einschaltenden ansteigenden Flanke, auf das Aus-Signal, d. h. der ausschaltenden abfallenden Flanke, wechselt und der Schalttransistor 20 ausgeschaltet wird, in der Sekundärspule 12 eine Zündspannung in der zu der Ein-Spannung entgegengesetzten Richtung erzeugt, so dass der reguläre Zündfunke ohne Spannungsabfall oder Energieverlust erzeugt werden kann.
Die Zener-Diode 13 kann zwischen der Zündkerze und dem Ausgangsanschluss der Sekundärspule 12 verschaltet sein. Die Zündvorrichtung 2 kann von der Zündspule 1 abgetrennt sein, so dass eine Vielzahl von Zündspulen durch ein und dieselbe Zündvorrichtung gesteuert werden kann. In diesem Fall kann die Zener-Diode 13 an einer Position nahe der Zündspule 1 außerhalb der Zündvorrichtung 2 angeordnet sein.
Nachstehend wird eine Zündanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Eine Konstantspannungsschaltung 30 mit einer Zener-Diode 31 und einem Transistor 32 ist in der Zündvorrichtung 2 angeordnet und zwischen der Primärspule 1 und der Batterie verschaltet. Die Konstantspannungsschaltung 30 steuert die an die Primärspule 11 angelegte Ausgangsspannung V1 so, dass diese niedriger als die Batteriespannung V_B wird. Die Durchbruchspannung der Zener-Diode 31 beträgt 14,5 Volt, und der Spannungsabfall zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 32 ist 0,5 Volt. Die Ausgangsspannung V1 ändert sich mit sich ändernder Batteriespannung V_B wie folgt:

(1) Wenn die Batteriespannung V_B gleich oder niedriger als 14,5 V ist, ist die Ausgangsspannung V1 gleich oder niedriger als etwa 14 V, d. h. etwa 0,5 V (dem Spannungsabfall des Transistors) niedriger als die Batteriespannung V_B.
(2) Wenn die Batteriespannung V_B höher als 14,5 V ist, bricht die Zener-Diode 31 durch, so dass das Potential der Basis X bei 14,5 V aufrechterhalten wird und infolgedessen die Ausgangsspannung V1 zu 14 V, d. h. um 0,5 V niedriger als das Potential der Basis X wird.

Da die größtmögliche Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert gesteuert wird, wird die in der Sekundärspule 12 induzierte Ein-Spannung auf einen Wert gesteuert, der kleiner ist als die Spannung, welche den störenden Zündfunken auslösen kann. Demgegenüber wird die Zündspannung zu den regulären Zeiten ohne Energieverlust erzeugt.
Wie vorstehend beschrieben, besteht eine Zündanlage bzw. ein Zündsystem aus einer Zündspule, die eine Zündspannung einer vorbestimmten Polarität bereitstellt, einer Zündvorrichtung, die der Zündspule zu regelmäßigen Zeiten Primärstrom zuführt, und einer Zener-Diode, die seriell mit der Primärspule der Zündspule verschaltet ist. Die Zener-Diode bewirkt einen konstanten Spannungsabfall mit entgegengesetzter Polarität an der Sekundärspule und reduziert dadurch störende in der Sekundärspule induzierte Spannung außerhalb der regulären Zündzeiten. Demgegenüber bewirkt die Zener-Diode zu den regulären Zeiten keinen Abfall der Zündspannung, so dass kein Energieverlust verursacht wird.
In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele derselben beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass diese speziellen Ausführungsbeispiele der Erfindung auf verschiedenartige Art und Weise modifiziert und geändert werden können, ohne den breiteren Rahmen der Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen zum Ausdruck kommt, zu verlassen. Daher soll die in dieser Druckschrift gegebene Beschreibung der Erfindung lediglich als aufzeigend und nicht als beschränkend betrachtet werden.

Claims

Zündanlage mit einer Zündspule (1) mit einer Primärspule (11) und einer Sekundärspule (12), die Zündspannung einer vorbestimmten Polarität an der Sekundärspule (12) bereitstellt, einer Zündvorrichtung (2) mit einem Schaltelement (20), das der Primärspule (11) zugeführten Strom steuert, um die Zündspannung zu regelmäßigen Zeiten zu erzeugen, und einer Zener-Diode (13), die zwischen der Primärspule und der Sekundärspule verschaltet ist, um in Richtung der vorbestimmten Polarität nahezu keinen Spannungsabfall und in der entgegengesetzten Richtung einen konstanten Spannungsabfall in Höhe ihrer Durchbruchspannung bereitzustellen, um dadurch zu anderen Zeiten als den regelmäßigen Zündzeiten störende in der Sekundärspule (12) induzierte Spannung zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspule (1) eine Einschaltspannung von weniger als 1,18 kV erzeugt, wenn die Zündvorrichtung (2) der Primärspule Strom zuführt, und die Durchbruchspannung der Zener-Diode (13) kleiner ist als 1,5 kV.
Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule (11) einen Anschluss mit einer Batterie verbunden hat und den anderen Anschluss mit der Zündvorrichtung (2) verbunden hat, und die Sekundärspule (12) einen Anschluss über die Zener-Diode (13) mit dem einen Anschluss der Primärspule verbunden hat und den anderen Anschluss mit einer Zündkerze (21) verbunden hat.
Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zener-Diode (13) in der Zündspule (1) angeordnet ist.
Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung (2) ein Schaltungsmodul umfasst und in der Zündspule (1) integriert ist, und dass die Zener-Diode (13) auf dem Schaltungsmodul angebracht ist.
Zündanlage mit einer Zündspule (1) mit einer Primärspule (11) und einer Sekundärspule (12), die Zündspannung einer vorbestimmten Polarität an der Sekundärspule (12) bereitstellt, und einer Zündvorrichtung (2), die mit der Primärspule (11) verbunden ist, um der Primärspule (11) zu regelmäßigen Zündzeiten Strom zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung (2) einen Konstantspannungsschaltkreis (30) mit einem Transistor (32) umfasst, der seriell mit der Primärspule (11) und einer Zener-Diode (31) verschaltet ist, und der Konstantspannungsschaltkreis (30) eine an die Primärspule (11) angelegte Maximalspannung begrenzt, wenn die Zündvorrichtung (2) der Primärspule (11) Strom zuführt.