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Die Erfindung betrifft eine Zündeinheit
und ein Zündsystem
für Brennkraftmaschinen,
mit denen in der Sekundärwicklung
der Zündspule
entsprechend einem Zündsteuersignalausgang
von einer für die
Brennkraftmaschine verwendeten elektronischen Steuereinheit eine
hohe Spannung erzeugt wird.
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Eine herkömmliche Zündeinheit für Brennkraftmaschinen erzeugt
in der Sekundärwicklung
einer Zündspule
entsprechend einem Zündsteuersignalausgang
von einer in der Brennkraftmaschine verwendeten elektronischen Steuereinheit
eine hohe Spannung. Bei der herkömmlichen
Zündeinheit
kann jedoch manchmal aufgrund eines Problems in der Zündeinheit
oder in der Zündspule
das Gemisch nicht gezündet
werden.
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Um dieses Problem zu lösen, ist
die Zündeinheit
mit einer Diagnoseschaltung versehen, wie beispielsweise aus
JP Sho 60-19962-A und
aus
JP Sho 64-69775-A bekannt
ist. Die Diagnoseschaltung überwacht
Zündprobleme
und liefert über
einen Überwachungsausgangsanschluss Überwachungsergebnisse
in Form von Daten an die elektronische Steuereinheit der Brennkraftmaschine.
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Bei diesem herkömmlichen Verfahren muss jedoch
die Zündeinheit
mit einem Überwachungsausgangsanschluss
und einer den Überwachungsausgangsanschluss
mit der elektronischen Steuereinheit der Brennkraftmaschine verbindenden
Leitung versehen sein. Somit verwandelt die Diagnoseschaltung die
Zündeinheit,
wovon der größte Teil
als Hybrid-IC mit kompakten Abmessungen entworfen ist, aufgrund
des neu hinzugefügten Überwachungsausgangsanschlusses
in eine Vorrichtung mit großen Abmessungen.
Weiterhin ist die Verdrahtungsarbeit kompliziert.
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Aus der
DE 43 31 994 A1 ist ein
Zündsystem mit
ruhender Hochspannungsverteilung und Mehrfach-Datenübertragung
bekannt. Zur Rückmeldung von
Verhältnissen
betreffend den Primärstrom
wird auf einer Signalleitung eine Spannungspegelabsenkung eingeleitet,
die auf der Ansteuerseite durch einen Komparator ausgewertet wird.
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Aus der
DE 41 05 399 A1 ist eine
Zündanlage
für Viertakt-Brennkraftmaschinen
bekannt. Hier wird eine von drei Steuerleitungen bidirektional genutzt,
um Rückinformation über den
aktuell fließenden
Primärstrom
zu liefern, indem diese dem gerade anstehenden Signal überlagert
wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Zündeinheit
und ein Zündsystem
für eine
Brennkraftmaschine anzugeben, mit denen ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand
auch Fehlerinformation von der Zündeinheit
weg übertragen
werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
eine Zündeinheit
nach Anspruch 1 bzw. durch ein Zündsystem
nach Anspruch 4. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In der Zündeinheit für Brennkraftmaschinen wird
ein durch eine Zündspule
einer Brennkraftmaschine fließender
Primärstrom
entsprechend einem Zündsteuersignal
in der Weise gesteuert, dass er abwechselnd durchgeschaltet und
gesperrt wird, um in der Sekundärwicklung
der Zündspule
eine hohe Spannung zu erzeugen. Sie umfasst eine Erfassungseinrichtung,
die die Größe des Primärstroms erfasst,
und eine Diagnoseeinrichtung, die das elektrische Potential des
Zündsteuersignals
auf einen Pegel oberhalb eines Sperr-Schwellenpegels absenkt, wenn
die von der Erfassungseinrichtung erfasste Größe des Primärstroms einen vorgegebenen Pegel übersteigt.
Als vorgegebene Pegel sind ein erster Pegel und ein zweiter Pegel
vorgegeben, wobei die Diagnoseeinrichtung das Potential des Zündsteuersignals
um eine erste vorgegebene Differenz auf einen Pegel oberhalb des
Sperr-Schwellenpegels absenkt, wenn die von der Erfassungseinrichtung
erfasste Größe den ersten
vorgegebenen Wert übersteigt,
und das Potential des Zündsteuersignals
weiterhin um eine zweite vorgegebene Differenz auf einen Pegel ebenfalls
oberhalb des Sperr-Schwellenpegels absenkt, wenn die von der Erfassungseinrichtung
erfasste Größe den zweiten
vorgegebenen Wert übersteigt.
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Bei dieser Konfiguration kann ein
Problem, das durch die Zündeinheit
oder durch die Zündspule verursacht
wird, diagnostiziert werden. Da in der so ausgestalteten Zündeinheit
die Absenkung des Zündsteuersignals
selbst ein Diagnosesignal bildet, kann die Konfi guration kompakt
ausgeführt
werden, ferner ist eine zusätzliche
Verdrahtungsarbeit nicht erforderlich.
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In der Zündeinheit kann eine Potentialvergleichsschaltung
als Stufe für
die Eingabe des Zündsteuersignals
vorgesehen sein, die zwischen einem Durchschalt-Schwellenpotential
und einem Sperr-Schwellenpotential
eine Hysterese-Eigenschaft besitzt. Bei dieser Konfiguration kann
die Zuverlässigkeit
der Zündsteuerung
verbessert werden, ohne durch Rauschen oder dergleichen beeinflusst zu
werden.
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Das Zündsystem für Brennkraftmaschinen enthält eine
elektronische Steuereinheit für
Brennkraftmaschinen, die ein Zündsteuersignal
ausgibt, und eine oben beschriebene Zündeinheit.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung
zweckmäßiger Ausführungen,
die auf die beigefügte
Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
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1 einen
Blockschaltplan der Gesamtkonfiguration eines Zündsystems für Brennkraftmaschinen, das
eine Zündeinheit
gemäß einer
Ausführung
der Erfindung verwendet;
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2 einen
Schaltplan der Konfiguration der Zündeinheit für Brennkraftmaschinen nach 1;
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3 Diagramme
zur Erläuterung
der Operationen für
die Diagnose eines Problems, das typischerweise durch eine Brennkraftmaschinen-Zündeinheit
verursacht wird, indem eine Diagnoseschaltung in einer Zündeinheit
nach 1 verwendet wird;
und
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4 einen
Schaltplan der Konfiguration der Zündeinheit für Brennkraftmaschinen gemäß einer weiteren
Ausführung
der Erfindung.
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Nun wird mit Bezug auf die 1 bis 3 die Konfiguration und die Funktionsweise
einer Zündeinheit
für Brennkraftmaschinen
gemäß einer
Ausführung
der Erfindung erläutert.
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Zunächst wird mit Bezug auf 1 die Gesamtkonfiguration
eines Zündsystems
für Brennkraftmaschinen,
das eine Zündeinheit
für Brennkraftmaschinen
gemäß einer
Ausführung
der Erfindung enthält,
erläutert.
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1 ist
ein Blockschaltplan, der die Gesamtkonfiguration des Zündsystems
für Brennkraftmaschinen
zeigt, das eine Zündeinheit 200 gemäß dieser
Ausführung
der Erfindung verwendet.
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Wie in 1 gezeigt
ist, enthält
eine elektronische Steuereinheit (ECU) 100 für Brennkraftmaschinen
eine CPU 110, eine Ausgangsschaltung 120 und eine Überwachungsschaltung 130.
Die CPU 110 gibt ein Zündsteuersignal
Vout an die Zündeinheit 200 für Brennkraftmaschinen über die
Ausgangsschaltung 120 entsprechend den Betriebszuständen der
Brennkraftmaschine wie etwa der Drehzahl und dem Unterdruck im Ansaugkrümmer (d.
h. der Last) der Brennkraftmaschine aus. Die Ausgangsschaltung 120 enthält einen
PNP-Transistor 122, einen NPN-Transistor 124 und
einen Widerstand 126. Die Transistoren 122 und 124 werden
mit einem geeigneten Zeitverlauf, der von der CPU 110 bestimmt
wird, durchgeschaltet und gesperrt, um das Zündsteuersignal Vout, das Impulse
mit hohem und niedrigem Pegel enthält, an die Zündeinheit 200 auszugeben.
Die Überwachungsschaltung 130 überwacht
die Spannung des Zündsteuersignals
Vout und liefert die überwachte
Spannung an die CPU 110. Im allgemeinen ist das Zündsteuersignal
Vout ein Signal mit nur zwei Werten, d. h. hoch und tief. In dieser
Ausführung
wird jedoch der Spannungspegel des Zündsteuersignals Vout in der
Weise geändert,
daß die
Probleme, die durch die Zündeinheit 200 und
durch eine Zündspule 300 verursacht
werden, wie später
beschrieben wird, beherrscht werden. Die Überwachungsschaltung 130 überwacht Änderungen
des Spannungspegels des Zündsteuersignals
Vout.
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Die Zündeinheit 200 enthält einen
IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) 210, der eine
Art Leistungstransistor ist, einen Eingangswiderstand Rin, eine
Primärstrom-Erfassungslast RL
und eine Stromsteuerschaltung 220. Es wird angemerkt, daß der Eingangswiderstand
Rin, die Primärstrom-Erfassungslast
und die Stromsteuerschaltung 220, die in 1 von einer Strichlinie umgeben sind,
in einem Hybrid-IC integriert sind.
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Die in der Zündeinheit 200 verwendete Stromsteuerschaltung 220 steuert
den IGBT 210 in der Weise, daß er entsprechend einem eingegebenen
Zündsteuersignal
Vin, welches das von der obenbeschriebenen elektronischen Steuereinheit 100 für Brennkraftmaschinen
ausgegebene Zündsteuersignal
Vout ist, durchschaltet oder sperrt. Wenn das ausgegebene Zündsteuersignal
Vout der elektronischen Steuereinheit 100 von tief nach
hoch wechselt, beginnt der IGBT 210 einen Primärstrom zu
leiten. Wenn das ausgegebene Zündsteuersignal Vout
von hoch nach tief wechselt, wird am Kollektor des IGBT 210 eine
hohe Spannung im Bereich von 300 bis 400 V erzeugt. Die hohe Spannung
wird an die Primärwicklung
der Zündspule 300 geliefert,
wobei in der Sekundärwicklung
der Zündspule 300 eine hohe
Spannung erzeugt wird, die an die Zündkerzen 400 geliefert
wird, was eine Zündung
der entsprechenden Zündkerzen
zur Folge hat.
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Weiterhin erfaßt die Stromsteuerschaltung 220 einen
durch die Primärstrom-Erfassungslast
RL fließenden
Strom und begrenzt den Primärstrom
der Zündspule 300 auf
einen vorgegebenen Wert oder darunter.
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Darüber hinaus erfaßt in dieser
Ausführung die
Stromsteuerschaltung 220 ein Problem, das durch die Zündeinheit 200 oder
durch die Zündspule 300 verursacht
wird, auf der Grundlage des Primärstroms
der Zündspule 300 und
senkt den Spannungspegel des eingegebenen Zündsteuersignals Vin auf einen
Pegel ab, der niedriger als der normale Spannungspegel ist, falls
ein Problem erfaßt
wird. Wenn der Spannungspegel des eingegebenen Zündsteuersignals Vin abgesenkt
wird, fällt
auch die Spannung des ausgegebenen Zündsteuersignals Vout der elektronischen
Steuereinheit 100 ab. Wenn daher die Überwachungsschaltung 130 diesen
Spannungsabfall erfaßt,
kann sie ein Problem überwachen,
das durch die Zündeinheit 200 oder
durch die Zündspule 300 verursacht
wird.
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Nun wird die Konfiguration der Zündeinheit 200 für Brennkraftmaschinen,
die gemäß der Ausführung der
Erfindung verwirklicht ist, mit Bezug auf 2 erläutert.
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2 ist
ein Schaltplan der Konfiguration der Zündeinheit 200 für Brennkraftmaschinen
gemäß dieser
Ausführung
der Erfindung. Es wird angemerkt, daß die Komponenten, die mit
jenen von 1 übereinstimmen,
die gleichen Bezugszeichen besitzen.
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Wie in 2 gezeigt
ist, enthält
die Stromsteuerschaltung 220 als Hauptkomponenten eine Leistungsversorgungsschaltung 222,
eine Vergleichsschaltung 224, eine Strombegrenzungsschaltung 226 und
eine Diagnoseschaltung 228.
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Die Leistungsversorgungsschaltung 222 enthält eine
Zener-Diode ZD und
eine Referenzspannungsschaltung 222A. Die Spannung vom
positiven Anschluß einer
Batterie wird durch eine Serienschaltung aus einem Eingangswiderstand
R1 und der Zener-Diode in eine konstante Spannung Vcc umgesetzt.
Die Referenzspannungsschaltung 222A erzeugt aus der Spannung
Vcc eine geregelte konstante Spannung. Die geregelte konstante Spannung,
die von der Referenzspannungsschaltung 222A erzeugt wird,
wird an einen in der Vergleichsschaltung 224 verwendeten
Komparator COMP sowie an Transistoren Tr, die in der Stromsteuerschaltung 226 verwendet
werden, und an die Diagnoseschaltung 228 als Referenzspannung
geliefert. Der Komparator COMP besitzt in seiner Eingangsstufe eine
Hysterese-Eigenschaft, die später
beschrieben wird.
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Der IGBT 210 dient als Hauptschaltung,
die den durch die Primärwicklung
der Zündspule 300 fließenden Primärstrom leitet
oder sperrt. Ein Gate-Widerstand RG, der an den Gate-Anschluß des IGBT 210 angeschlossen
ist, schützt
die Schaltung vor einem Spitzenstrom, der durch ein Element wie
etwa eine Gate-Kapazität
erzeugt wird. Die Primärstrom-Erfassungslast
RL, die für
die Erfassung des Primärstroms
verwendet wird, ist mit dem Drainanschluß des IGBT 210 verbunden.
Eine Serienschaltung, die Potentiometerwiderstände Rdiv1 und Rdiv2 enthält, ist
zur Primärstrom-Erfassungslast
RL parallelgeschaltet.
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Nun wird die Konfiguration der Vergleichsschaltung 224 erläutert.
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Der Komparator COMP dient als Eingangsstufe
für das
Zündsteuersignal
Vin. Der Komparator COMP besitzt in seiner Eingangsstufe eine Hysterese-Eigenschaft.
Der nichtinvertierende Anschluß (+) des
Komparators COMP ist über
den obenerwähnten Eingangswiderstand
Rin an einen Zündsteuersignal-Eingangsanschluß angeschlossen.
Der invertierende Anschluß (–) des Komparators
COMP liegt auf einer Vorspannung, die von den Widerständen R41 und
R42 als Ergebnis einer Potentialteilung der obenerwähnten Referenzspannung
erzeugt wird. Genauer ist die Vorspannung gleich [R42/(R41 + R42)] × Referenzspannung.
Der Eingangswiderstand Rin dient als Element zum Schutz der Stromsteuerschaltung 220 gegenüber der
Spannung des Zündsteuersignals
Vout, das von der elektronischen Steuereinheit 100 erzeugt
wird. Der Eingangswiderstand Rin besitzt einen möglichst kleinen Wert. Um einen
Kontaktstrom sicherzustellen, ist ein Pulldown-Widerstand Rpd vorgesehen.
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Der Ausgang des Komparators COMP
ist mit der Ausgangsseite eines Widerstands R2 verbunden, der die
Gate-Spannung des IGBT 210 steuert. Weiterhin ist der Ausgang
des Komparators COMP mit einem Puffer Bu verbunden, der durch einen
Inverter verwirklicht ist, der einen Strom steuert, der seinerseits
einen Transistor Tr41 steuert, der die obenerwähnte Vorspannung steuert, die
an den invertierenden Anschluß des
Komparators COMP geliefert wird. Durch Verändern der an den invertierenden
Anschluß des
Komparators COMP gelieferten Vorspannung kann eine Schaltung geschaffen
werden, die in ihrer Eingangsstufe eine Hysterese-Eigenschaft besitzt.
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Nun werden die Steuerung des durch
den IGBT 210 fließenden
Primärstroms
sowie die Hysterese-Eigenschaft beschrieben.
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Wenn das Zündsteuersignal Vin auf den
tiefen Pegel gesetzt wird, der niedriger als die obenerwähnte Vorspannung
ist, gibt der Komparator COMP ein tiefes Signal an das Gate des
IGBT 210 aus. Daher fließt kein Primärstrom.
In diesem Zustand schaltet der Transistor Tr41 durch den Puffer
Bu, der das Ausgangssignal mit tiefem Pegel des Komparators COMP
auf einen hohen Pegel invertiert, durch.
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Im Ergebnis wird der invertierende
Anschluß des
Komparators COMP auf eine Spannung Vref1 vorgespannt, die als Ergebnis
einer Teilung der von der Referenzspannungsschaltung 222A ausgegebenen
konstanten Spannung durch ein Potentiometer, das den Widerstand
R42 und eine Parallelschaltung aus dem Widerstand R41 und einem
Widerstand R43 enthält,
erhalten wird. Diese Vorspannung Vref1 ist gleich [R42/(R + R42)] × Referenzspannung,
wobei R der Widerstand der Parallelschaltung aus dem Widerstand
R41 und dem Widerstand R43 ist. Die Vorspannung Vref1 ist daher
sogar höher
als der tiefe Pegel des Zündsteuersignals
Vin.
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Wenn die Spannung des Zündsteuersignals Vin
höher als
die Vorspannung Vref1 wird, gibt andererseits der Komparator COMP
an das Gate des IGBT 210 ein hohes Signal aus. Im Ergebnis
fließt
ein Primärstrom.
Weiterhin wird das Ausgangssignal des Puffers Bu zu diesem Zeitpunkt
tief, wodurch der Transistor Tr41 sperrt. Im Ergebnis wird der invertierende
Anschluß des
Komparators COMP auf eine Spannung Vref2 abgesenkt, die als Ergebnis
einer Teilung der von der Referenzspannungsschaltung 222A ausgegebenen
konstanten Spannung durch ein Potentiometer, das einen Widerstand
R42 und den Widerstand R41 und nicht den Widerstand R43 enthält, erhalten
wird. Genauer ist diese Vorspannung Vref2 gleich [R42/(R41 + R42)] × Referenzspannung.
Da R kleiner als R41 ist, ist die Vorspannung Vref1 höher als
die Vorspannung Vref2. Die Spannung Vref1 wird als Durchschalt-Schwellenpegel
verwendet, während
die Spannung Vref2 als Sperr-Schwellenpegel verwendet wird. Genauer
wird der IGBT 210 bei einem Zündsteuersignal oberhalb des
Durchschalt-Schwellenpegels durchgeschaltet. Für ein Zündsteuersignal unterhalb des Sperr-Schwellenpegels
wird andererseits der IGBT 210 gesperrt. Die Differenz
zwischen dem Durchschalt-Schwellenpegel
und dem Sperr-Schwellenpegel erscheint als Durchschalt-Ein-/Aus-Steuerung-Hysterese.
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Das heißt, wenn die Spannung des Zeitsteuersignals
Vin die erste gesetzte Vorspannung Vref1 übersteigt, gibt der Komparator
COMP an das Gate des IGBT 210 ein hohes Signal aus, weshalb
der IGBT 210 durchschaltet. Im Ergebnis fließt ein Primärstrom.
Wenn andererseits die Spannung des Zündsteuersignals Vin unter die
zweite gesetzte Vorspannung Vref2 abfällt, wobei Vref2 < Vref1, gibt der Komparator
COMP ein tiefes Signal an das Gate des IGBT 210 aus, wodurch
der IGBT 210 sperrt. Im Ergebnis wird der Primärstrom gesperrt.
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Nun wird die Stromsteuerschaltung 226 erläutert.
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Ein Transistor Tr61 ist ein Steuertransistor, der
verhindert, daß der
Primärstrom
von der Zündspule 300 weiter
ansteigt, wenn der Primärstrom
einen gesetzten Wert erreicht. Der Kollektor des Transistors Tr61
ist mit dem eingangsseitigen Ende eines Gate-Widerstandes RG verbunden,
während
der Emitter dieses Transistors Tr61 mit Masse verbunden ist. Die
Basis des Transistors Tr61 ist mit dem Kollektor eines Transistors
Tr62 über
einen Widerstand R61 verbunden. Der Kollektor des Transistors Tr62 ist über einen
Pullup-Widerstand R62 mit Vcc verbunden, während der Emitter dieses Transistors
Tr62 mit einem Knoten zwischen den Potentiometerwiderständen Rdiv1
und Rdiv2 für
die Erfassung des Primärstroms
verbunden ist. Das heißt,
daß der
Transistor Tr62 in bezug auf eine Impedanz zur Erfassung des Primärstroms
als Emitterfolger geschaltet ist. Die Basis des Transistors Tr62
liegt auf einer Vorspannung, die von einer Strombegrenzer-Referenzspannungsschaltung,
die Widerstände
R63 und R64 sowie eine Diode D61 enthält, aus einer von der Referenzspannungsschaltung 222A erzeugten
Referenzspannung erzeugt wird. Die am eingangsseitigen Ende des
Widerstandes R64 anliegende Vorspannung ist gleich [R64/(R63 + R64)] × Referenzspannung.
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Wenn der IGBT 210 durchschaltet,
fließt
ein Primärstrom,
der die Spannung angibt, die am Knoten zwischen den Potentiometerwiderständen Rdiv1 und
Rdiv2 anliegt, die eine zur Primärstrom-Erfassungslast
RL zur Erfassung des Primärstroms
parallele Serienschaltung bilden. Wenn die Spannung die Vorspannung
am eingangsseitigen Ende des Widerstandes R64 übersteigt, wird ein durch den
Transistor Tr62 fließender
Strom von der Emitterseite her allmählich unterbrochen, wodurch
andererseits der Transistor Tr61 in einen leitenden Zustand übergeht. Im
Ergebnis fällt
die Gate-Spannung des IGBT 210 ab, wodurch der IGBT 210 in
einen ungesättigten
Zustand versetzt wird. In diesem Zustand steigt Vcc an und der Kollektorstrom
des IGBT 210, d. h. der Primärstrom, wird auf einen Wert
begrenzt, für
den das elektrische Potential am Knoten zwischen den Potentiometerwiderständen Rdiv1
und Rdiv2 zur Erfassung des Primärstroms
ungefähr
gleich dem elektrischen Potential an der Eingangsseite des Widerstandes
R64 ist.
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Nun wird die Diagnoseschaltung 228 erläutert.
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Die Diagnoseschaltung 228 ist
ein Emitterfolger, der die Transistoren Tr81 und Tr82 enthält, deren Emitter
mit dem Knoten zwischen den Potentiometerwiderständen Rdiv1 und Rdiv2 zur Erfassung
des Primärstroms
verbunden sind. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die am Knoten zwischen
den Potentiometerwiderständen
Rdiv1 und Rdiv2 anliegende Spannung gleich einer ersten oder einer
zweiten Diagnose-Referenzspannung VD1 oder VD2 wird, wird der Transistor
Tr81 oder Tr82 folgendermaßen
geschaltet, um ein Ausgangssignal auszugeben. Die erste Diagnose-Referenzspannung
VD1, die von einer Serienschaltung aus einem Transistor R81, einer
Diode D81 und einem Widerstand R82 erzeugt wird, ist eine Vorspannung,
die an der Basis des Transistors Tr81 anliegt. Die erste Diagnose-Referenzspannung
VD1 ist gleich [R82/(R81 + R82)] × Referenzspannung, die von
der Referenzspannungsschaltung 222A erzeugt wird. Ebenso
ist die zweite Diagnose-Referenzspannung VD2, die von einer Serienschaltung aus
einem Transistor R83, einer Diode D82 und einem Widerstand R84 erzeugt
wird, eine Vorspannung, die an der Basis des Transistors Tr82 anliegt. Die
zweite Diagnose-Referenzspannung VD2 ist gleich [R84/(R83 + R84)] × Referenzspannung,
die von der Referenzspannungsschaltung 222A erzeugt wird.
Unter der Annahme, daß die
erste Diagnose-Referenzspannung VD1 ein elektrisches Potential ist,
das einem Spannungsabfall entspricht, der durch den Primärstrom von
2 A erzeugt wird, der durch die Primärstrom-Erfassungslast RL fließt, und
daß die zweite
Diagnose-Referenzspannung VD2 ein elektrisches Potential ist, das
einem Spannungsabfall entspricht, der durch den Primärstrom von
4 A erzeugt wird, der durch die Primärstrom-Erfassungslast RL fließt, wird
der Transistor Tr81 oder der Transistor Tr82 so geschaltet, daß er das
Zündsteuersignal
Vin ändert,
wenn ein Primärstrom
von 2 A bzw. von 4 A, der durch den Transistor IGBT 210 fließt, erfaßt wird.
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Der Kollektor des Transistors Tr81
ist mit der Basis eines Transistors Tr83 über einen Widerstand R85 verbunden.
Ebenso ist der Kollektor des Transistors Tr82 mit der Basis eines
Transistors Tr84 über
einen Widerstand R86 verbunden. Die Emitter der Transistoren Tr83
und Tr84 sind mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors
Tr83 ist mit der Basis eines PNP-Transistors Tr85 über einen
Widerstand R87 verbunden. Ebenso ist der Kollektor des Transistors
Tr84 mit der Basis des PNP-Transistors Tr85 über einen Widerstand R88 verbunden.
Der Kollektor des PNP-Transistors Tr85 ist mit Masse verbunden,
während
sein Emitter über
den Eingangswiderstand Rin mit dem Zündsteuersignal-Eingangsanschluß verbunden
ist. Die Basis des PNP-Transistors Tr85 ist über einen Pullup-Widerstand R89 mit
der Referenzspannungsschaltung 222A verbunden.
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Wenn der IGBT 210 durchschaltet,
fließt
ein Primärstrom.
Gleichzeitig erreicht die Spannung, die am Knoten zwischen den Potentiometerwiderständen Rdiv1
und Rdiv2 zur Erfassung des Primärstroms
anliegt, die Diagnose-Referenzspannung VD1, wobei der Transistor
Tr81 sperrt und der Transistor Tr83 durchschaltet. Im Ergebnis ist
die Basisspannung des PNP-Transistors Tr85 gleich [R87/(R89 + R87)] × Referenzspannung,
die von der Referenzspannungsschaltung 222A ausgegeben wird.
Das elektrische Potential des Emitters des PNP-Transistors Tr85
fällt auf
die Basisspannung hiervon plus Vbe ab, wobei Vbe die Potentialdifferenz zwischen
der Basis und dem Emitter des PNP-Transistors Tr85 ist.
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Der Primärstrom steigt weiter, gleichzeitig
erreicht die Spannung, die am Knoten zwischen den Primärstrom-Erfassung-Potentiometerwiderständen Rdiv1
und Rdiv2 anliegt, die zweite Diagnose-Referenzspannung VD2, wobei
der Transistor Tr82 sperrt und der Transistor Tr84 durchschaltet.
Im Ergebnis fällt
die Basisspannung des PNP-Transistors
Tr85 auf [Rp/(R89 + R)] × Referenzspannung,
die von der Referenzspannungsschaltung 222A ausgegeben wird,
wobei das Symbol Rp einen Widerstand einer Parallelschaltung darstellt,
die die Widerstände
R87 und R88 enthält.
Das elektrische Potential des Emitters des PNP-Transistors Tr85 fällt weiter auf die abgefallene
Basisspannung plus Vbe ab.
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Da, wie oben beschrieben worden ist,
der Widerstand des Eingangswiderstandes Rin auf einen möglichst
kleinen Wert gesetzt ist, ist das elektrische Potential des Emitters
des PNP-Transistors Tr85 ungefähr
gleich demjenigen des Zündsteuersignal-Eingangsanschlusses.
Durch Absenken des elektrischen Potentials des Emitters des PNP-Transistors Tr85
auf eine Spannung in einem Bereich, die höher als die Sperr-Schwellenspannung
(Vref2) des Komparators COMP ist, kann das Zündsteuersignal Vin ohne Beeinflussung
der Durchschaltsteuerung geändert
werden. Im Ergebnis ist durch Erfassen von Änderungen des Zündsteuersignals
Vin (Vout) auf seiten der elektronischen Steuerschaltung 100 eine
Diagnose möglich.
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Im folgenden werden Operationen für eine Diagnose
eines Problems beschrieben, das typischerweise durch eine Zündeinheit 200 für Brennkraftmaschinen
erzeugt wird, wobei die Diagnoseschaltung 228 zum Einsatz
kommt, die in der Zündschaltung 200 gemäß der Ausführung nach 3 verwendet wird.
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3 zeigt
erläuternde
Diagramme der Operationen zur Diagnose eines Problems, das typischerweise
durch eine Zündeinheit 200 für Brennkraftmaschinen
verursacht wird, wobei die Diagnoseschaltung 228 zum Einsatz
kommt, die in der Zündeinheit 200 gemäß der Ausführung nach 2 der Erfindung verwendet
wird. Genauer ist 3(A) ein
Diagramm des Zündsteuersignals
Vin, 3(B) ist ein Diagramm,
das eine von den Primärstrom-Erfassungswiderständen erfaßte Spannung
zeigt, und 3C ist ein Diagramm,
das die Sekundärspannung
der Zündspule 300 zeigt.
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Das Symbol ?, das in der Figur gezeigt
ist, bezeichnet Signalformen, die beobachtet werden, wenn die Zündsteuerung
normal erfolgt.
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Wie in 3A gezeigt
ist, schaltet der IGBT 210 durch, wenn das Zündsteuersignal
Vin die Durchschalt-Schwellenspannung Vref1 zum Zeitpunkt t1 übersteigt,
so daß ein
Primärstrom
fließt.
Die Größe des Primärstroms
nimmt zu, wodurch die Größe der erfaßten Spannung
wie in 3B gezeigt ansteigt.
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Wenn die von den Primärstrom-Erfassungswiderständen erfaßte Spannung
zum Zeitpunkt t2 die erste Diagnose-Referenzspannung VD1 erreicht, wie in 3B gezeigt ist, wird die
Spannung des Zündsteuersignals
Vin um einen Spannungsabfall V1 abgesenkt, wie in 3A gezeigt ist. Wenn die von den Primärstrom-Erfassungswiderständen erfaßte Spannung
zum Zeitpunkt t3 die zweite Diagnose-Referenzspannung VD2 erreicht, wie in 3B gezeigt ist, wird die
Spannung des Zündsteuersignals
Vin weiterhin um einen Spannungsabfall V2 abgesenkt, wie in 3A gezeigt ist.
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Da das Zündsteuersignal Vin um die Spannungsabfälle V1 und
V2 innerhalb eines Bereichs oberhalb der Sperr-Schwellenspannung (Vref2) abgesenkt
wird, wird die Zünd-/Durchschaltsteuerung nicht
beeinflußt.
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Das Symbol ?, das in der Figur gezeigt
ist, bezeichnet Signalformen, die erhalten werden, wenn eine angemessen
hohe Spannung in der Sekundärwicklung
der Zündspule 300 aufgrund
einer unzureichenden Durchschaltzeit für den durch die Zündspule 300 fließenden Primärstrom nicht
erzeugt wird.
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Wenn, wie in 3A gezeigt ist, das Zündsteuersignal Vin zum Zeitpunkt
t11 die Durchschalt-Schwellenspannung Vref1 übersteigt, schaltet der IGBT 210 durch,
wodurch ein Primärstrom
fließt. Die
Größe des Primärstroms
nimmt zu, wodurch die Größe der erfaßten Spannung
ansteigt, wie in 3B gezeigt
ist.
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Wenn die von den Primärstrom-Erfassungswiderständen erfaßte Spannung
zum Zeitpunkt t12 die erste Diagnose-Referenzspannung VD1 erreicht, wie in 3B gezeigt ist, wird die
Spannung des Zündsteuersignals
Vin um einen Spannungsabfall V1 abgesenkt, wie in 3A gezeigt ist. Bevor die von den Primärstrom-Erfassungswiderständen erfaßte Spannung
die zweite Diagnose-Referenzspannung VD2 erreicht, wird jedoch der
Primärstrom
unterbrochen, so daß der
zweite Spannungsabfall V2 in dem Zündsteuersignal Vin nicht beobachtet
wird.
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Das Symbol ?, das in der Figur gezeigt
ist, bezeichnet Signalformen, die beobachtet werden, wenn in der
Zündspule 300 ein
Problem angetroffen wird.
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Wenn, wie in 3A gezeigt ist, das Zündsteuersignal Vin zum Zeitpunkt
t21 die Durchschalt-Schwellenspannung Vref1 übersteigt, schaltet der IGBT 210 durch,
wodurch ein Primärstrom
fließt. Die
Größe des Primärstroms
nimmt zu, wodurch die Größe der erfaßten Spannung
ansteigt, wie in 3B gezeigt
ist.
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Nun wird angenommen, daß in der
Zündspule 300 ein
Fehler auftritt. Ein Fehler ist beispielsweise ein Kurzschluß in der
Sekundärwicklung
der Zündspule 300.
Im Ergebnis zeigt der Primärstrom
nicht die Übergangssignalform,
die durch eine Zeitkonstante einer eine Induktivität und einen
Widerstand enthaltenden Schaltung gekennzeichnet ist. Statt dessen
springt der Primärstrom
plötzlich
auf einen hohen Wert, wodurch in der Sekundärwicklung keine hohe Spannung
erzeugt wird. Im Ergebnis wechselt die erfaßte Spannung in einer extrem
kurzen Zeitperiode von der ersten Diagnose-Referenzspannung VD1
zu der zweiten Diagnose-Referenzspannung VD2, mit anderen Worten,
die erfaßte
Spannung wechselt plötzlich
zur zweiten Diagnose-Referenzspannung
VD2.
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Wenn beispielsweise die von den Primärstrom-Erfassungswiderständen erfaßte Spannung zum
Zeitpunkt t22 die zweite Diagnose-Referenzspannung VD2 erreicht,
wie in 3B gezeigt ist, wird
die Spannung des Zündsteuersignals
Vin um die Summe aus dem Spannungsabfall V1 und aus dem Spannungsabfall
V2 abgesenkt, wie in 3A gezeigt
ist.
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Da das Zündsteuersignal Vin sich im
ausgegebenen Zündsteuersignal
Vout der elektronischen Steuerschaltung 100 von 1 widerspiegelt, erfaßt die in
der elektronischen Steuerschaltung 100 verwendete Überwachungsschaltung 130 das
Signal Vout und liefert ein Erfassungsergebnis an die CPU 110,
die dann eine Beurteilung dahingehend vornimmt, ob die Durchschaltsteuerung
normal erfolgt.
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Wie oben beschrieben worden ist,
verwendet die Vergleichsschaltung 224 den Komparator COMP, der
in seiner Eingangsstufe eine Hysterese-Eigenschaft zeigt. Es wird
jedoch angemerkt, daß auch
ein Komparator COMP verwendet werden kann, der in seiner Eingangsstufe
keine Hystereseeigenschaft zeigt.
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Wie oben beschrieben worden ist,
erfaßt
in dieser Ausführung
eine Diagnoseschaltung ein Problem, das durch die Zündeinheit 200 oder
durch die Zündspule 300 verursacht wird,
wobei der Spannungspegel des Zündsteuersignals
Vin gegebenenfalls abgesenkt wird. Daher ist ein Überwachungsausgangsanschluß nicht
erforderlich. Im Ergebnis kann die Zündeinheit 200 kleine
Abmessungen erhalten, ferner ist eine zusätzliche Verdrahtungsarbeit nicht
erforderlich.
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Nun wird mit Bezug auf 4 die Konfiguration einer
Zündeinheit 200 für Brennkraftmaschinen gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung erläutert.
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4 ist
ein Schaltplan, der die Konfiguration der Zündeinheit 200 für Brennkraftmaschinen
gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung zeigt. Komponenten, die mit jenen von 2 übereinstimmen,
sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In der in 4 gezeigten Ausführung enthält die Stromsteuerschaltung 220 als
Hauptkomponenten eine Leistungsversorgungsschaltung 222,
eine Vergleichsschaltung 224, eine Strombegrenzungsschaltung 226 und
eine Diagnoseschaltung 228. Die Grundkonfigurationen dieser
Hauptkomponenten sind die gleichen wie jene in 2.
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In dieser Ausführung ist jedoch die Masse
in eine Leistungsmasse und eine Masse eines Systems für kleine
Signale, die als Masse der elektronischen Steuerschaltung 100 verwendet
wird, unterteilt. Genauer ist ein Anschluß Ter1, der über die
Primärstrom-Erfassungslast
RL mit dem IGBT 210 auf seiten der Primärwicklung der Zündspule 300 verbunden
ist, unabhängig
von der anderen Masse mit der Leistungsmasse verdrahtet, wie in 4 gezeigt ist. Andererseits
wird die Stromsteuerschaltung 220 als System für kleine
Signale behandelt, wobei ihr Anschluß Ter2 unabhängig von
der Leistungsmasse mit der anderen Masse verbunden ist. Die andere
Masse ist auch die Masse der elektronischen Steuerschaltung 100.
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Genauer ist der Anschluß Ter1 auf
der Leistungsseite typischerweise über einen Bleidraht Rlead mit
einem typischen Widerstand von ungefähr 0,1 Ω mit dem Hauptkörper der
Brennkraftmaschine oder dergleichen verbunden. Da der Primärstrom der Zündspule 300 ungefähr 10 A
beträgt,
beträgt
das elektrische Potential des Anschlusses Ter1 gegenüber der
Leistungsmasse ungefähr
1 V. Falls die Leistungsmasse mit der Masse des Systems für kleine
Signale verbunden ist, steigt auch der Pegel des Zündsteuersignals
Vin um 1 V an. In dieser Ausführung
ist jedoch die Masse in die Leistungsmasse und in die Masse des
Systems für
kleine Signale unterteilt, so daß Änderungen des elektrischen
Potentials des Zündsteuersignals
Vin mit hohem Genauigkeitsgrad gesteuert werden können.
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Wie im Zusammenhang mit den obigen
Ausführungen
beschrieben worden ist, erfaßt
die Diagnoseschaltung ein Problem, das durch die Zündeinheit oder
durch die Zündspule
verursacht wird, wobei der Spannungspegel des Zündsteuersignals Vin gegebenenfalls
abgesenkt wird. Somit ist ein Überwachungsausgangsanschluß nicht
erforderlich. Im Ergebnis kann die Zündeinheit kompakte Abmessungen
erhalten, ferner ist eine zusätzliche
Verdrahtungsarbeit nicht erforderlich.
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Weiterhin ist in einer der obigen
Ausführungen
die Masse in eine Leistungsmasse und in eine Masse eines Systems
für kleine
Signale unterteilt, so daß Änderungen
des elektrischen Potentials des Zündsteuersignals Vin mit einem
hohen Genauigkeitsgrad gesteuert werden können.
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In den obigen Ausführungen
einer Zündeinheit
und eines Zündsystems
für Brennkraftmaschinen
ist eine Diagnose funktion vorgesehen, die keinen Ausgangsanschluß für die Ausgabe
von Diagnoseergebnissen erfordert, so daß die Zündeinheit kleine Abmessungen
erhalten kann und eine zusätzliche Verdrahtungsarbeit
nicht erforderlich ist.