DE2125130A1

DE2125130A1 - Elektronische Steuervorrichtung fur die gesteuerte Diode einer elektrom sehen Zündschaltung mit kapazitiver Ent ladung

Info

Publication number: DE2125130A1
Application number: DE19712125130
Authority: DE
Inventors: Eugenio Levico Trento Gulino Giacomo Monza Veronese Antonio Paduar Basso (Italien)
Original assignee: Magneti Marelli SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1970-06-05
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1971-12-23
Also published as: PL70696B1; NL7107637A; GB1356195A; ZA713219B; AT319665B; CH534303A; FR2095801A5; SE382242B; ES391935A1; BE767998A; US3736463A

Description

BlektroniacTie Steuervorrichtung für die gesteuerte Diode einer elektronischen Zündschaltung mit kapazitiver Entladung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die gesteuerte Diode (silicon controlled rectifier) eines elektronischen Zündsohaltkreises mit kapazitiver Entladung für Explosionsmotoren, insbesondere für Kraftfahr« zeuge.

Die gesteuerte Diode hat bekanntlich den Zweck, nach ihrer Auslösung die Entladung des Kondensators über die Primär« wicklung einer Zündspule zu bewirken, deren Sekundärwicklung eine Hochspannung an die Kerzen über den Verteiler liefert·

Es ist wichtig zu erwähnen, daß in elektronischen Zündstromkreisen hoher Leistung, insbesondere von Kraftfahrzeugen, die Batteriespannung, solange der Motor läuft, keinesfalls konstant bleibt, sondern plötzliohen Veränderungen unterliegt, die sowohl auf die starken Stromaufnahmen als auch auf die Spannungssohwankungen zurückzuführen sind, die durch die Induktoren im Umformerkreis verursacht werden,

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der die Lade-Energie für das Aufladen des Kondensators liefert.

In den "bekannten Steuervorrichtungen für die gesteuerte Diode können Spannungsänderungen ebenso wie durch Erschütterungen der Unterereeherkontakte nach deren normalem Schließen verursachte Stromstöße, besonders bei hohen Umdrehungszahlen, das Arbeiten dieser Vorrichtungen aus-" lösen und damit Falschzündungen der gesteuerten Diode verursachen. Auf diese Weise kann die Entladung des Kondensators und damit die Auslösung des ]?unkens an den Kerzen auch zu anderen Zeitpunkten als denjenigen des richtigen Öffnens der Unterbrecherkontakte erfolgen, mit naheliegenden Folgen für die Leistung des Motors,

Die Erfindung bezweckt eine elektronische Steuervorrichtung für eine gesteuerte Diode (SCR), die nicht durch be- ^ liebig hervorgerufene unrichtige Signale gezündet wird, so daß die größte Sicherheit der Zündung gewährleistet ist.

Die elektronische Steuervorrichtung weist erfindungsgemäß einen monostabilen Multivibrator auf, dessen Ausgang direkt oder indirekt an die Steuerelektrode des SCR und dessen Eingang am Ausgang eines kapazitiven Kupplungskreises angeschlossen ist, der das Steuersignal aus einem von der Batterie versorgten und vom Unterbrecher gesteuerten Aciplir tudenbegrenzungskreis (clipping circuit) übernimmt. Der Kupplungskreis am Eingang des Multivibrators bewirkt eine

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nungsschranke, die der Steuerung des Multivibrators durch Falschsignale Widerstand leistet»

Erfindungsgemäß wird eine weitere Spannungsschranke gegen solche Signale mittels einer Programmschaltung bewirkt, die an den Emitter des Eingangstransistors des Multi« vibrators angeschlossen ist·

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann ein dritter Schutz an der Zuleitungsseite des Multivibrators mittels eines Erganzungskreises geschaffen werden, der den Multivibrator mit hinreichender Spannung im richtigen Zündmoment versorgen kann und in anderen Fällen eine geringere Spannung liefert.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert«.

In der Zeichnimg zeigen

Figur 1 das elektrische Schema eines mit einer gesteuerten Diode zum Entladen des Kondensators versehenen elektronischen Zündkreises mit kapazitiver Entladung.

Figur 2 das elektrische Schema für die gesteuerte Diode nach der Erfindung.

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Figur 3 zeigir den Spannungsverlauf während eines Arbeitszyklus an einigen Stellen der Schaltung nach. Figur 2„

bekannten In dar in Fig·. 1 wiedergegebenen/Schaltung sind mit 1 der aus einer Batterie (nicht dargestellt;) versorgte Umformer,., mit 2 der Anschlußtransformator ziur Aufladung des Kondensators 3 über die Gleichrichterdiode 4, mit 5 die Zündspule und mit 6 der Ausgang der Sekundärapule zum (nicht dargestellten) Zündverteiler bezeichnet* Mit 7 ist eine weitere Diode, mit 8 ein Widerstand und mit SCR die gesteuerte Diode bezeichnet, die durch die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende elektronische Vorrichtung 9 gesteuert wird· In bekannter Weise erfolgt die Entladung des Kondensators 3 über die Primärwicklung der Spule 5 und danach die Zündung, wenn die Steuervorrichtung 9 ein Zündsignal an die Diode SCR gibt.

Nach der Erfindung wird das ZUndsignal nur bei jeder normalen Öffnung der Unterbrecherkontakte gegeben. Zu diesem Eweek weist (Figur 2) die Vorrichtung einen monostabilen Multivibrator MVM auf, der mit dem Ausgang G an die Diode SCR angeschlossen ist, sowie an die übrigen Eingangsklemmen C und Versorgungsklemmen E, die - wie im Nachfolgenden beschrieben « an Sohutzschaltungen gegen Falschzündungen angeschlossen sind.

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Der Multivibrator MTM ist der Gattung nach bekannt und besteht aus den Transistoren IS1 und IS2 mit Kollektorwiderständen R₁ und R₂, die über den Widerstand R~ und die aus dem Kondensator G₁ und dem Widerstand R. gebildete Serie gekuppelt sind.

Die Sicherungssehaltung am Eingangs- oder Steueransehluß G des Multivibrators MTM besteht aus einem Amplitudenbegrenzungskreis (clipping circuit) SQ, dem ein kapazitiver Anschlußkuppelkreis DA₁ folgt, der die Spannungsschranke in Kombination mit dem Rückkoppelnetz G₁, R, des MTM bildet.

Der Amplitudenbegrenzungs.kreis SQ weist eine an die Batterie über den Polarisierwiderstand R„ angeschlossene Zenerdiode Z auf sowie die Diode D₁, die die Kathode A der Diode Z über den Unterbrecher R an die Masse anschließt, der aus der Batterie über den Widerstand R₈ versorgt wird.

Nach dem Ausführungsbeispiel ist die Schaltung DA₁ ein asjnametri scher T-förmiger Differentiator, bestehend aus dem Kondensator G₂, _t der mit der Kathode an den Anschluß G angeschlossenen Diode D₂ und aem Widerstand Rg, der den gemeinsamen Punkt B zwischen G₂ und D₂ an die Masse anschließt.

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Der an die Klemme D angeschlossene Sctiutzs tr omkr eis "besteht aus dem Kondensator CU und dem Widerstand R₁-J die zueinander parallel liegen, sowie aus dem Widerstandskreis Eg, R,,, der die Batterie mit dem gemeinsamen. Punkt D von -CU und R, verbindet, der mit dem Emittor des Transistors TSl zusammenfällt.

Der zum Versorgungsanschluß E führende Schutzkreis weist einen Zellen-Integrator RC auf, bestehend aus dem Kondensator C. und aus dem Widerstand R-io» ^e r ^m^ seiner nicht mit G. gemeinsamen Seite an die Batterie angeschlossen ist.

Der Ausgang G- des Multivibrators, welcher mit dem Kollektor von TS2 zusammenfällt, ist an die gesteuerte Diode SCR über ein kapazitives Kupplungsnetzt angeschlossen, das im Beispiel gleichfalls mittels eines asymmetrischen Differentiators DAp mit der Diode D^, dem Kondensator C₅ und den Widerständen R-i·*» R₁* und R-,^ gebildet ist. Der gemeinsame

Punkt F von B₁. , , _Ώ wird an die Steuerelektrode oder U und R₁₅

"gate" von SCR angeschlossen.

Es wird nun die Funktion der in Fig· 2 wiedergegebenen Schaltung unter Anlehnung an die Figur 3 beschrieben, welche in den Sohaubildern a) b) c) d) e) f) jeweils den Verlauf der Spannungen V^, Vg, V₀, V^, Vg und Fy an den Punkten A,B,C,D, E und F der Figur 2 während eines Ar-

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beitsablaufes (Öffnen und Schließen) der Kontakte des Unterbrechers (Yerteilers) R bei einer bestimmten Tourenzahl des Motors aeigt. In den fraglichen Schaubildern ist mit t-, der Moment des Öffnens der Kontakte von R, mit t₂ der Moment des Schließens und mit t^ der Moment der darauffolgenden normalen Öffnung oder Beginn eines neuen Arbeitszyklus bezeichnet.

Öffnen der Unterbrecher- bzw. Verteilerkontakte -Moment t^.

Beim Öffnen der Kontakte des Verteilers R im Moment t^ geht die Spannung an der Stelle H vom Nullwert auf denjenigen der Batterie über. Gleichzeitig geht (vgl. Pig. 3a) die Spannung bei A, d.h. am Ausgang der Amplitudenbegrenzungs-Schaltung SQ entsprechend dem Abfall in der Diode D. bei geschlossenen Yerteilerkontakten von dem Wert Y₁ auf den Wert Y„ über, der für die Spannung an den Anschlüssen der Zenerdiode Z zuständig ist.

Auch am Punkt B der asymmetrischen Abzweigung DA₁ besteht aufgrund der Anordnung des Kondensators Cp (vgl. Fig. 3b) ein positiver Spannungswinkel gleicher Amplitude. Diese um den Abfall der Diode D₂ verkleinerte positive Stirn ist auch an der Stelle G (vgl. Fig. 3c) anzutreffen, welche die Basis des Eingangstransistors TS1 des Multivibrators MVM ist, so daß in dem Moment t.. der Transistor vom Sperr-

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zustand, in dem er sich vor dem Öffnen der Kontakte von R befand, in den leitenden Zustand kommt, dies auch aufgrund der am Versorgungsanschluß E (vgl« Pig. 3e) vprliegenden vollen Batteriespannung»

Durch die über R, gewährleistete positive Rückkoppelung wird auch TS2 leitend, so daß am Ausgang G- des Multivibrators in Abhängigkeit von der Batteriespannung ein positi-' ver Amplitude-Impuls auftritt, der, abgesehen von dem Abfall in D, und dem nachfolgenden Verteilungs«. ffekt, wieder bei F (vgl. Pig. 3f) anzutreffen ist, d.h. also zwischen dem Eingang (gate) und der Kathode der gesteuerten Diode SCR, unter Auslösung der Zündung der letzteren mit entsprechender Entladung des Kondensators 3 (Figur 1) und damit der Zündung.

Der metastabile Zustand des Multivibrators T-IVM hält kurzzeitig an, bis die Rückkoppelungssteuerung, bestehend aus der Serie CL, R., die als Generator für veränderlichen Strom anzusehen ist, genügt, den Multivibrator leitend zu halteno Während dieser kurzen, in den Schaubildern mit t^ - t*-, angegebenen, Zeitspanne werden der Kondensator C-, (Pig, 3d) und der Kondensator C-, aufgeladen, während die Versorgungsspannung bei E, die vom Kondensator C^ kommt, niedriger wird (Fig. 3e).

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In dem Moment t^r-,, in. dem der leitende Zustand von beendet ist und TSl und TS2 unter Aufhebung der Spannung bei G- abgeschaltet sind, entsteht an der Basis 0 von TSl ein negativer Spannungssprung, dessen Amplitude proportional der Spannung ist, bei der 0-, entladen worden war, die alsdann sich nach einem exponentialen Gesetz (Pig. 3c) aufzuheben trachtet.

Ein negativer Spannungssprung tritt auch in B auf, nachdem dieser Punkt über Dp an C angeschlossen ist und danach nimmt die Spannung exponential während der Zeitspanne ^tfl " ^t

Noch von dem Moment t'-, beginnt die Spannung bei D exponential vom Ladewert C~, der während des Leitzustandes von MVM erreicht worden war, abzunehmen und auf den Betriebswert zuifallen, der für die durch R₇₁ R₁-, und R₁-

vor

bestimmte Teilung/bestimmt ist, während die Spannung bei E, die mit der Ladung von C. zusammenhängt, exponential zunimmt bis im Zeitabsch:
(Pig. 3e) erreicht wird.

zunimmt bis im Zeitabschnitt t¹., - t, der Batteriewert

Schließen der Unterbrecherkontakte - Moment t₂

Beim Schließen der Kontakte des Unterbrechers R im Moment tp geht die Spannung bei H plötzlich auf Null und diejeni ge bei A erhält erneut den Wert von V·^ (vgl. Fig. 3a).

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Dieser plötzliche Spannungssprung überträgt sich auf den Punkt B, wo die Spannung vom Viert WULL bei t_? auf einen Negativ-Wert kommt, um exponential zum Wert i-TULL im Zeitabschnitt tp - t~ (Fig· 3b) aufgrund der Entladung von C_? - zu neigen.

Der negative Spannungssprung in B hat auch die Sperrung der Diode D„ zur Wirkung, so daß die Zeitkonstante der Entladung von C-, (Figo 3c) zunimmt.

Mit dem Schließen von R wird die Spannung bei H aufgehoben und der Kondensator CL· wird in der Zeitspanne tg - t-^ (vgl. Pig. 3d) nach Rf- und R.,-, entladen.

Im Moment t, werden die Kontakte des Unterbrechers R wieder geöffnet und ein neuer Kreislauf beginnt, 'während welchem der gleiche Arbeitsablauf, wie er für den Kreis- f lauf t-, - t., beschrieben ist, vor sich geht.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt eich deutlich die Schutzfunktion der an die Anschlüsse 0, D und E des monostabilen Multivibrators JIVM angeschlossenen Schaltungen. Diese helfen bei der Aktivierung des Ilultivibrators aufgrund des wirksamen Steuerimpulses, der durch das Öffnen der Kontakte des Unterbrechers R im Moment t-^ ausgelöst wird, so daß in diesem Moment in G- und daher in JE?

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das Zündsignal der Diode SCH ausgelöst wird, während sich., über die Spannungsschranke oder den Abfall der Ve rsorgungsspannung, diese Schaltungen der Aktivierung des Multivibrators durch falsche Spannungsimpulse widersetzen, d.h. also solcher Spannungsinpulse, die nicht "bewußt erzeugt wurden und zu falcchen Zündungen des SGl führen könnten, ab dem -■!orient t¹--, , in dem die Zündung erfolgt ist, bis zum nachfolgenden normalen Öffnen der Kontakte des Unterbrechers im Moment t^.

Durch die Spannungsechranke müßte ein Fehlsignal aufgrund des Wackeins der Kontakte des Unterbrechers nach t₂» um den Multivibrator MVM zu aktivieren, eine positive Spannungsstufe von größerer Amplitude haben als derjenigen, die der kombinierten Wirkung der Schranken entspricht. Bs ist su bemerken, daß ein solcher Schutz in einem genügend hohen Maße w^hrenä einer Zeitspanne nach tp anhält, während der die Wackelerscheinungen praktisch auftreten können.

Die Integrstionsschaltung ^.R-.^ ^am Versorgungsausgang E von ΙΓ7Μ gewährleistet im lioment des Öffnens der Kontakte des Unterbrechers eine zur Zündung von SCR genügend hohe Spannung, unabhängig von eventuellen Spennungsschwankungen der Batterie 1,: Bereich des Normalwertes.

Der kapazitiv,- /aischlußkUpplungekreiB, welcher den Punkt G mit 7 vorbindet., bewirkt nach Boeun i.^ung den leitenden Zu-

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Standes des monostabilen Multivibrators MVM eine umgekehr-te Polarisierung des Steuerungseingangs des SOE und trägt zu dessen richtiger Lösung bei.

Diese Polarisierung tritt ein, ausgehend von t¹. aufgrund der Entladung von 0,-, das sich zwischen t-^ und t^f-^ entladen hatte, über R-i·?» ß-jc und R-j*·

Wenn, wie angenommen, der Anschlußkupplungskreis von der Gattung des asymmetrischen Ableiters ist (aufgrund der Anordnung von D,) so bewirkt der Entladestrom von Cp- beim Durchgang durch R-^, außerdem eine positive Spannung, unter Sperrung von D~, die eine Spannungsschranke bildet, welche der Abgabe von Signalen seitens des Ausgangs G- des monostabilen Multivibrators zur Zündung von SCR entgegenwirkt und zwar für eine gewisse Zeitdauer ausgehend von t¹-,· Es wird so ein Sicherungsschutz auch an der Ausgangsseite des Multivibrators geschaffen. In der Beschreibung der Schaltung gemäß Pig. 2 wurde auf den Pail einer Schaltung mit Sicherungen an allen vier Seiten C, D, E und G-des Multivibrators Bezug genommen, jedoch können im lalle besonderer Verwendung eine oder mehrere dieser Sicherungen selbstverständlich auch in Portfall kommen» Außerdem kann die Schaltung selbstverständlich je nach den Erfordernissen Änderungen und Abwandlungen aufweisen, ohne daß von dem Erfind ungs ge danken abgewichen wird. So können D₁ , R,..

und gegebenenfalls Z in Wegfall kommen. Die in der Fig. 3 gezeigte Wellenform kann darum einen anderen Verlauf nehmen, insbesondere bezüglich der Punkte B, C, I), wobei trotzdem die Schutzwirkung, insbesondere ausgehend vom Moment tp» gewahrt bleibt»

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Claims

Pat e η t a n. a p r ίί ο Ii υ :

1./"elektronische Jteuervorrichtung fur die ■■.■ejtororte "Jio;-> (SCR) in einem elektronischen Zündkreis mit kapazitiver Entladung für Explosionsmotoren, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß si-s einen ^v-ionostabilen Multivibrator (MTH) aufweist, dessen Ausgang an. die Steuerelektrode (G-ate) der gesteuerten ">iode ("s-Xl) und

* dessen Eingang (0) am Ausgang eines kapazitiven Kuppiungskreises (DA,,) angeschlossen ist, der da3 jtoiie:-::;igiii!.l nus einem .Ajapiitudenbegrensungsln?eis (oQ) übernih^nt, volcher aus der Batterie gespeist und vom Unter ore eher (ll) gesteuert wird, wobei der kapazitive Ansciilußkupplungskreis beim Öffnen der Kontakte des Unterbrechers ein wirksames Steuersignal an den Multivibrator (und daviit zur Zündung von SOR) gibt und danach bis zur darauffolgenden richtigen w'i ed er öffnung der Eontakte des Unterbrechers eine Spannungsschranke ajiijaingang des I-iult!vibrator3 bildet,-die dem Leitungszustand des Multivibrators (und damit des 30R) bei möglichen ungewünschten Steuersignalen entgegen- - wirkt.

2. Elektronische Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Anschlußkiippiuiigjkreis aus einem asymmetrischen Ableiter (DA₁) bestellt, in dem das kapazitive Element (Op) und das asymmetrische iJienent (Do) den gemeinsamen Punkt an die Ilasse übei? einen "widerstand

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au;:o;3Ciilo3SOTi haben, ν/ohr end die beiden anderen Ausgänge dieser Elemente jeweils an den Amplitudenbegrenzungskreis und an den Eingang des monostabilen Kultivibrators angeschlossen sind, an den auch das Rückkoppelungsnetz (O^ , R₁) de.j Multivibrators angeschlossen ist.

"j, Elektronische Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der .Aanplitudenbe.grenzungskreis (3Q) :bn wesentlichen aus einer Zenerdio&e (Z) besteht, die aus der Batterie versorgt wird, wenn die Kontakte des Verteilers Öffnen und deren Polarisierstrom über eine Diode (D.) abgeleitet wird, und zwar seitens der Unterbrecherkontakte in. Schließstellung, so daß der Amplitudenbegrenzungskreis an den Eingang (A) des kapazitiven Anschlußkupplungskreises ein Signal mit viereckiger Welle abgibt, dessen Wellenfronten mit den Öffnungen und Schließungen der Kontakte des Unterbrechers synchronisiert werden.

4. Elektronische Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emittorkreis des Eingangstransistors (TS1) des monostabilen Vibrators an einen Speichericreis angeschlossen ist, der sofort nach dem Öffnen, der Kontakte des Verteilers und in der Zwischenzeit bio sum darauffolgenden Wiederöffnen dieser Kontakte eine :jpannun;s schranke bildet, die den Übergang von 3r-i^:.y-o^ fr- ??.ο1ΰ des Trani^isto^G umgekehrt polar.i-

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der Zündung von SCR) bei möglichen unerwünschten Steuersignalen entgegenwirkt·

5· Elektronische Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkreis aus einem zu einem Widerstand (R₅-) parallel geschalteten Kondensator (C_) besteht, mit gemeinsamem Ausgang mit dem über die Wider* standsschaltung an die Batterie angeschlossenen Emittor.

6. Elektronische Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungsseite (E) des monostabilen Multivibrators an einen durch die Batterie versorgten Ergänzungskreis angeschlossen ist, wobei der Ergänzungskreis beim Öffnen der Verteilerkontakte an den Multivibrator eine Spannung liefert, die genügt, an seinem Ausgang ein Signal auszulösen, das die gesteuerte Diode (SCR) zu zünden in der Lage ist, und danach beim Aufhören dieses Zustandes der Leitung des Multivibrators und bis zum nächsten richtigen Wiederöffnen der Kontakte des Unterbrechers eine niedrigere Versorgungsspannung erzeugt, derart, daß das Ausgangssignal des Multivibrators entweder null oder nicht in der Lage ist, die gesteuerte Diode zu zünden.

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Elektronische Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (G-) des monostabilen Multivibrators an die Steuerelektrode (gate) der gesteuerten Diode über einen kapazitiven Anschlußkuppelkreis angeschlossen ist·

8· Elektronische Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Ansehlußkoppelkreis von der Art eines asymmetrischen Abzweigers (DAg) ist.

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