DE2265344A1

DE2265344A1 - Zuendschaltung fuer eine rein induktive zuendeinrichtung bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2265344A1
Application number: DE19722265344
Authority: DE
Inventors: William R Kissel
Original assignee: Chrysler Corp
Current assignee: Old Carco LLC
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1972-05-27
Publication date: 1977-11-03
Also published as: FR2166850A5; IT955765B; BR7204374D0; GB1387146A; AU4290172A; BR7203474D0; GB1387145A; AR196192A1; DE2265344B2; ZA723140B; DE2225951B2; DE2225951A1; CA957013A; US3749974A; AU456095B2; GB1367998A

Description

2285344

Zündschaltung für eine rein induktive Zündeinrichtung bei Brenn- !

kraftmaschinen i

! (Ausscheidung aus P 22 25 951.4-13) j

■■■-■■■ '■ ■ ■ ι '— ■—■- I

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung der im Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruches genannten Art.

Aus der japanischen Patentschrift 17 131/68 ist eine solche Zündeinrichtung bekannt, bei der zwischen der nicht mit der Zündspule gekoppelten Ausgangsklemme der Ausgangsschalteinrichtung und der entsprechenden Klemme der Treiberschalteinrichtung ein einzelner Widerstand liegt und bei der die Zenerdiode direkt mit den beiden Ausgangsklemmen der Treiberschalteinrichtung verbunden ist. Mit dieser Anordnung können die Elemente der Ausgangsschaltung nicht gegen die hohen Spannungen geschützt werden, die an der Ausgangsschaltung bei nicht belasteter Zündspule auftreten, d.h. bei offenem Sekundärkreis der Zündspule.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündeinrich-

jtung der vorstehend genannten Art zu schaffen, bei der die bei offener Zündspule auftretenden hohen Spannungen mit Sicherheit der Ausgangsschalteinrichtung nicht schaden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Zusammenschaltung.- des Spannungsteilers mit

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-A-

der Zenerdiode wird erreicht, daß der Wert der Schaltspannung der Ausgangsschalteinrichtung frei von relativ starken Streuungen ist, und die Schutzschaltung für die Ausgangsschalteinrichtung mit Sicherheit wirksam ist.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Eine A us füh rungs form der Erfindung soll anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Zündschaltung und

Fig. 2 und 3 Wellenformen von Spannungen, die an den

verschiedenen, in dem Schaltbild gemäß Fig. 1 gekennzeichneten Punkten auftreten.

Die vorliegende Zündschaltung enthält eine Reglereinheit 11 und einen magnetischen Abtaster 12. Die Brennkraftmaschine 13 besitzt einen Verteiler 14, eine Zündspule 21 mit Primärwicklung 22 und Sekundärwicklung 23 und eine Anzahl von Zündkerzen 24.

Der Pluspol der Zündspule 21 ist über eten Lastwiderstand 31 und einen Zündschalter 32 mit der positiven Klemme einer Batterie 34 verbunden, deren negative Klemme wie üblich geerdet ist. Die ne gative Klemme der Zündspule 21 ist mit der Ausgangsklemme der

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!elektronischen Reglereinheit 11 verbunden, deren Gehäuse geerdet ist. Die Reglereinheit 11 enthält weiterhin eine Versorgerklemme V die mit dem Zündschloßkontakt R des Zündschalters 32 verbunden ist Die Reglereinheit weist weiterhin zwei Eingangsklemmen Pl und P2

auf, die mit den Enden einer Spule 44 des Magnetabtasters 44 verbunden sind.

Der *lagne tab taster 12 weist ein mit Zähnen versehenes und einen magnetischen Widerstand darstellendes Rad 4o auf, das mechanisch mit dem Zündverteiler 14 gekoppelt ist und sich im Feld eines nicht dargestellten Permanentmagneten dreht.

Der Magnetabtaster 12 erzeugt bipolare Spannungssignaie, die zahlenmäßig der Anzahl von Zähnen auf dem Rad 4o entsprechen, die bei jeder Umdrehung der Verteilerwelle vor der Abtastspule vorbeilaufen, wenn diese Welle mit der halben Drehzahl der Motordrehzahl rotiert.

Die Reglereinheit 11 enthält eine Eingangsstufe 6o, eine Regelstufe 62 für variable Pulsbreiten, eine Vortreiberstufe 64, eine Treiberstufe 66 und eine Ausgangsstufe 68, die von Halbleiterelementen gebildet sind.

Der Transistor 6o ist bei geerdetem Emitter mit seinem Kollektor über einen Widerstand 7o mit einer zur Ausgangsklemme V führenden Leitung 72 verbunden. Die Basis des Transistors 6o ist über einen

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— b —

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(Widerstand 74, eine Leitung 75 und einen mit der Leitung 72 veribundenen Widerstand 76 derart vorgespannt, daß der Transistor 6o normalerweise leitet.

Die Anode des Thyristors 6 2 ist mit dem Kollektor des Transistor i6o einerseits und andererseits nit der Klemme eines Kondensators

j S te ue T-

:77 verbunden, während die / elektrode mit dem Verbindungspunkt !eines zwischen der Leitung 7 2 und Masse liegenden Spannungsteilers !bestehend aus den Widerständen 73,8o verbunden ist. Die Kathode \des Thyristors 6 2 liegt an Masse. Das andere Ende des Kondensators! 77 ist mit der Basis des Transistors 64 und mit dem von Masse ab-

gewandten Ende eines Widerstandes 8 2 verbunden.

Der Transistor 64 liegt mit seinem Emitter an Masse und mit seinem Kollektor am Verbindungspunkt D zwischen Widerstand 76 und Leitung 75. Dieser Verbindungspunkt ist über einen Widerstand 84 mit der !Basis des Transistors 66 verbunden. Der Transistor 66 ist als Emitterfolge geschaltet. Sein Emitter ist über einen Widerstand 86 !mit Masse verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand j !88 mit der unter der positiven Batteriespannung liegenden Leitung !72 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 97 zwischen Kollektor des !Transistors 66 und dem Widerstand 88 ist über zwei hintereinandergeschaltete Widerstände 9o und 92 mit dem Kollektor des Ausgangs-I s tuf en tr an sis tors 68 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt j

^!der Widerstände 9o und 92 und dem Emitter des Treiberstufen-

!transistors 66 und der Basis des Ausgangsstufen-Transistors 68

: 9Ö9844/Ö00? - 7 -

die miteinander verbunden sind, liegt eine Zenerdiode Z94, wobei deren Anode mit dem Verbindungspunkt des von den Widerständen 9o und 92 gebildeten Spannungsteilers verbunden ist. Der Emitter des Ausgangsstufen-Transistors 68 liegt an Masse; der Verbindungs· punkt E seines Kollektors mit dem Widerstand 92 ist einerseits mit der Ausgangsklemme 0 der Reglereinheit 11 und andererseits über einen Kondensator 96 mit Masse verbunden.

Die Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangsstufen-Transistors liegt I somit in Serie mit der Primärwicklung der Zündspule 21. Der der j Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangs-Transistors 96 parallel

I liegende Kondensator nimmt die Verlust-Blindleistung der Zündspule

j 21 auf und vermindert dadurch die Erwärmung.

Die Arbeitsweise der Zündschaltung soll nun anhand der Figuren und 3 dargestellt werden, wobei die Oszillogramme für die Schaltimpulse und für die Spannungswellenformen für die verschiedenen Punkte A-E der Reglereinheit 11 angegeben sind. Fig. 2 stellt die Wellenformen dar, die bei einer niederen Motor-Leerlaufdrehzahl von etwa looo U/min, (oder 5oo U/min des Verteilers) auftreten; die Zeiteinheit beträgt 2 msec. Die Fig. 3 zeigt die Wellenform bei einer hohen Motordrehzahl von 6ooo U/min (oder 3ooo U/min, des Verteilers), wobei die horizontale Zeitskala o,5 msec. Einheiten aufweist.

Bei Fehlen eines Schaltimpulses an der elektronischen Reglerein-

700844/0007

22653U ,

ί -δι ;

ι ^!

jheit 11 arbeiten die verschiednen Stufen der Reglereinheit wie I

folgt: Der Transistor 60 leitet und der Thyristor 62 und der

\ I

'Transistor 64 sind nicht leitend. Der Transistor 66 leitet und
führt dem Transistor 68 einen gewissen Basisstrom durch, so daß ! in der Primärwicklung 22 der Zündspule 21 ein durch den Lastwider-*

:stand 31 bestimmter Strom fließt. i

Die Fig. 2A und 3Λ zeigen die Wellenformen der am Punkt A indui
zierten Signalspannung. Durch das nicht näher bezeichnete Dioden- j

netzwerk an der Basis ctes Transistors 60 wird erreicht, daß der |

i :

!Transistor 60 abschaltet, wenn die in der Spule 44 induzierte

I i

1 Spannung ins Negative geht. Beim Abschalten des Transistors 60

j steigt die Spannung am Kollektor an und der Kondensator 77 beginnt,

isich gemäß Fig. 2B aufzuladen, wobei der Ladestrom über den

!Widerstand 7o und die Basis des Transistors 64 geliefert wird.

I i

Dadurch wird der Transistor 64 in seinen leitenden Zustand ver- .

setzt, so daß seine Kollektorspannung nahezu auf Null abfällt. j Damit kann der Widerstand 74 nicht mehr Strom an die Basis des !

Transistors 60 liefern. Daher wird der Transistor 60 völlig ab- I

geschaltet und bleibt unabhängig vom Abtastverhalten bis zum
nächsten Schaltzyklus im nicht leitenden Zustand, der einige I Zeit später einsetzt. Die beschriebene Abschaltmaßnahme des Tran- j sistors 60 ist selbstregelnd, wodurch ein schnelles und positives !

Abschalten gewährleistet und ein Einschalten des Schaltkreises j

I !auch bei kleinen Drehzahlen möglich ist, bei denen die Abtast- j

spannung recht unregelmäßig sein kann. Das Einschalten des Tran- i

j 709844/0007 _ _g _ !

sistors 64 der Vortreiberstufe führt dazu, daß der Transistor 66 und damit der Transistor 68 der Ausgangsstufe abgeschaltet wird und der Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule unterbrochen wird. Der magnetische Kraftfluß durch die Zündspule beginnt abzunehmen und induziert Spannungen in der Primär- und Sekundärwicklung, v/obei die induzierte Sekundärspannung eine Größe erreicht, die für eine Zündung ausreicht. Der mit dieser Entladung in Verb indung stehende Sekundärstrom fängt die Abnahme des Zündspulenfeldes auf und erzeugt einen Gleichgewichtswert, wobei die Primär- und Sekundärspannungen während der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der Zündspule auf einen niedrigen Wert abfallen. Zum Zeitpunkt t befindet sich ein Zahn des Rades 4o gerade gegenüber dem Kern der Abtastspule, so daß das Magnetfeld einen Maximalwert erreicht. Dies entspricht dem vorstehend erwähnten Hülldurchgang der induzierten Spannung.

Zum Zeitpunkt t-^, der in Abhängigkeit von den Parameterwerten der Komponenten 7o,77,78,8o und 82 erreicht wird, hat sich der Kondensator auf einen Spannungspegel von etwa 8 V (vgl. Fig. 2B) aufgeladen, so daß die Anodenspannung des Thyristors 62 größer ist als die seiner Steuerelektrode durch den Spannungsteiler 78/8o aufgeprägte Spannung. Der Thyristor 62 zündet. Damit kann sich der Kondensator 77 über die Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors 62, Ilasse und den Widerstand 82 entladen. Die Spannung an der Basis des Transistors 64 der Vortreiberstufe fällt auf den in der Fig. 2C gezeigten negativen Wert ab. Der Transistor 64 schal-

^09844/0007 _ _lo,

- Io -

tet sofort ab und bleibt während der gesamten Entladeperiode des J

l Kondensators 77 nicht leitend. Bei nicht leitendem Transistor

64 werden die Transistoren 66 und 68 leitend, so daß nach Ablauf

d ⁼
der Stromsperrzeit/1, - t erneut der Primärstrom durch die Zünd-¹

spule fließt. |

Mach dem Zeitpunkt t, leitet der Thyristor 6 2 weiter, so daß auch, die Entladung des Kondensators 77 anhält. Wenn sich der nächste

^;

Zahn des Rades 4o der Abtastspule 44 nähert und die darin induzierte Spannung in positiver Richtung anzusteigen beginnt, wird der Transistor 6o etwa zum Zeitpunkt t_ leitend. Bei durch ge sch al ftetem Transistor 6o fällt die Spannung an seinem Kollektor und damit an der Anode des Thyristors 6 2 gemäß Fig. 2B auf einen solch niedrigen Wert ab, daß der Thyristor abschaltet. Bei nciht leitendem Thyristor 6 2 entlädt sich die noch verbliebene Ladung des Kondensators 77 über den durchgeschalteten Transistor 6o,

Masse, den Widerstand 82, wie dies durch den leichten Anstieg in negativer Richtung, etwa zum Zeitpunkt t~ an der Entladungs-

• wellenform gemäß Fig. 2C zu erkennen ist.

Zum Zeitpunkt t, liegt der nächste Zahn des Rades 4o gerade gegenüber der Abtastspule und die in der Abtastspule induzierte Span-

j

nung läuft wiederum von Plus über Null nach Minus. Darauf beginnt' , wiederum Strom durch die Abtastspule zu fließen, der den Tran-

der d =

sistor 6o abschaltet,/die Stromflußzeit/t₃ - t, in der Primärwicklung der Zündspule beendet.

9098U/00Q7 _ _n _

22653U ι

Die Wellenformen in Fig. 3 sind im wesentlichen denen von Fig. 2 i

! ähnlich, abgesehen davon, daß bei einer hohen Motordrehzahl die j

ι Entladungszeit des Kondensators 77 kürzer ist als bei kleineren ; Drehzahlen und der daher zum Zeitpunkt t, eine Restladung aufweist, wie dies durch den Vergleich der Fig. 2C und 3C festgestellt wer- den kann. Infolge der verbliebenen Ladung auf dem Kondensator 77 beginnt dieser, sich von einem höheren Spannungspegel aus aufzu- ' laden, und folglich benötigt er bei hohen Drehzahlen eine geringer^ Zeit als bei niederen Drehzahlen, um sich auf den Spannungswert aufzuladen, bei dem der Thyristor 6 2 durchschaltet, wie dies in der Fig. 2C gezeigt ist. Aus diesem Grund wird die Stromsperrzeit d verringert und diese Zeit ist bei hoher Drehzahl kürzer als bei

niederer Drehzahl. Die Stromsperrzeit ist somit abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Die Schutzschaltung, die von den Widerständen 9o und 92 und der Zenerdiode Z94 gebildet wird, bietet optimalen Schutz für den Ausgangsstufentransistor 68 hinsichtlich der sehr hohen Spannung, die an seinem Kollektor auftreten kann, wenn der Sekundärkreis der Zündspule offen oder ungeladen ist. Unter dieser Bedingung erreich die Spannung an dem Verbindungspunkt des von den Widerständen 9o und 92 gebildeten Spannungsteilers die Durchbruchspannung der Zener diode Z94, wenn die Spannung am Kollektor des Ausgangstransistors 68 zu einer Zeit, bei der die Ausgangsstufe abgeschaltet ist, über einen wohl definierten Wert ansteigt, und es beginnt Strom in die Basis des Transistors 68 zu fließen. Der Transistor 68 wird darauf

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hin allmählich leitend und zieht Kollektorstrom, der die Kollektorspannung, die an der Ausgangsklemme 0 erscheint, auf einen sicheren Wert begrenzt, wie dies durch die gestrichelte Wellenform des Signals in der Fig. 3e dargestellt ist.

Es wird weiterhin bemerkt, daß die Schutzschaltung über den Widerstand mit dem Punkt 97 verbunden ist, dessen Potential in der Nähe der Versorgungsspannung B+ liegt. Daher schaltet die Zenerdiode Z94 bei erhöhter Versorgungsspannung bei einer niedrigeren Spannung am Kollektor des Transistors 68 duch, wie dies z.B. bei den Startbedingungen erfolgen würde ,bei denen die Betriebsspannung durch eine Zusatzbatterie erhöht werden würde. Da der Energiebetrag, den ein Transistor ohne Gefahr des Durchschlagens sicher aushalten kann, umgekehrt proportional seiner Kollektorspannung ist, ist es infolge der zuvor beschriebenen Wirkungsweise der Schutzschaltung die einen Durchbruch der Zenerdiode bei Ansteigen ler Versorgungs-

,spannung bereits bei niedriger Kollektorspannung ermöglicht, dem ;Ausgangsstufen transistor 6 8 vorteilhafterweise erlaubt, einen !größeren Energiebetrag, der bei erhöhter Versorgungsspannung in

;der Zündspule gespeichert ist, aufzunehmen und sich somit vor

(einem Durchbruch zu schützen.

!Der genaue Betrag des Stromes, der zum Schalten des Schaltkreisefe

benötigt wird, hängt mit der Spannung über den mit der Basis des

Transistors 66 verbundenen Widerstand zusammen, die wiederum von der Versorgungsspannung B+ abzüglich der festliegenden Basis-

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Emitterspannung des Transistors 66 abhängt. Durch den Widerstand 34 ändert sich die Spannung am Kollektor des Transistors 64 mit

Wenn
der Versorgungsspannung./die Versorgungsspannung zunimmt, so nimmt auch der Strom zu, der in die Basis des Transistors 6o fließt, wodurch dieser stärker in die Sättigung getrieben wird. Um den Transistor 6o in seinen leitenden Zustand zu versetzen, muß daher bei einer höheren Versorgungsspannung mehr Strom von diesem abgeleitet und durch die Abtastspule abgezogen werden, als dies bei einer geringeren Versorgungsspannung nötig ist. Der Endeffekt ist dabei, den Eingangsschaltkreis weniger empfindlich zu machen, wenn die Versorgungsspannung ansteigt und ihn empfindlicher zu machen, wenn die Versorgungsspannung abnimmt.

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Claims

Patentanwälte Dipl. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmitz Dipl. Ing. E. Graalfs Dipl. Ing. W. Wehnert Dipl. Phys. W. Carstens 8 München 2 _,. , „ . . Mozartstr. 23 Chrysler Corporatxon !P.O.Box 1118 8. Dezember 1976 Detroit, Mich. 48231, USA Anwaltsakte M-413o Ausscheidung aus P 22 25 951.4 Patentansprüche

1. Zündschaltung für eine rein induktive Zündeinrichtung bei Brennkraftmaschinen zur Bestimmung der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der Zündspule, die von einer Spannungsquelle her erregbar ist, mit einer elektrischen Ausgangsschalteinrichtung, die mit ihren beiden Ausgangsklemmen in Reihe mit der Zündspule zwischen den Klemmen der Spannungsquelle anordbar ist und den Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule einschaltet oder sperrt, mit einer elektronischen Treiberschalteinrichtung, deren eine Ausgangsklemme mit der einen Klemme der Spannungsquelle und deren andere Ausgangsklemme mit der anderen Klemme der Spannungsquelle und der Eingangsklemme der Ausgangsschalteinrichtung gekoppelt sind, welche Eingangskleinme der elektronischen Treiberschaltung mit einem von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängigen elektrischen Signal von einem Signalgenerator her beaufschlagbar ist und mit einer Zenerdiode zwischen der Eingangsklemme

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und einer der Ausgangsklemmen der Ausgangsschalteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler (9o,92) in einem Schaltkreis zwischen einer der Ausgangsklemmen der Treiberschaltung (66) und einer der Ausgangsklemmen der Ausgangsschaltung (68) angeordnet ist und daß diejenige Klemme der Zenerdiode (Z94), die nicht mit der Eingangsklemme der Ausgangsschal teinrichtung (6o) verbunden ist, mit dem Verbindungs-

! punkt des Spannungsteilers (9o,92) verbunden ist.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Spannungsteilers (9o,92) mit der Ausgangsklemme der Ausgangsschalteinrichtung (68) verbunden ist, die mit einer Klemme der Zündspule (21) verbindbar ist.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Spannungsteilers (9o,92) mit der entsprechenden Ausgangsklemme der Treiberschalteinrichtung (66) gekoppelt ist.

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