DE2265344B2 - Zündschaltung für eine rein induktive Zündeinrichtung bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung der im Der Transistor 60 ist bei geerdetem Emitter mit Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruches ge- 50 seinem Kollektor über einen Widerstand 70 mit einer

nannten Art zur Ausgangsklemme V führenden Leitung 72 verbun-

Aus der japanischen Patentschrift 17 131/68 ist eine den. Die Basis des Transistors 60 ist über einen

solche Zündeinrichtung bekannt, bei der zwischen der Widerstand 74, eine Leitung 75 und einen mit der

nicht mit der Zündspule gekoppelten Ausgangsklemme Leitung 72 verbundenen Widerstand 76 derart vorge-

der Ausgangsschalteinrichtung und der entsprechenden 55 spannt, daß der Transistor 60 normalerweise leitet

Klemme der Treiberschalteinrichtung ein einzelner Die Anode des Thyristors 62 ist mit dem Kollektor Widerstand liegt und bei der die Zenerdiode direkt mit des Transistor 60 einerseits und andererseits mit der

den beiden Ausgangsklemmen der Treiberschalteinrich- Klemme eines Kondensators 77 verbunden, während

tung verbunden ist. Mit dieser Anordnung können die die Steuerelektrode mit dem Verbindungspunkt eines

Elemente der Ausgangsschaltung nicht gegen die hohen 60 zwischen der Leitung 72 und Masse liegenden Spannungen geschützt werden, die an der Ausgangs- Spannungsteilers bestehend aus den Widerständen 78,

schaltung bei nicht belasteter Zündspule auftreten, d. h. 80 verbunden ist Die Kathode des Thyristors 62 liegt an

bei offenem Sekundärkeis der Zündspule. Masse. Das andere Ende des Kondensators 77 ist mit der

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Basis des Transistors 64 und mit dem von Masse Zündeinrichtung der vorstehend genannten Art zu 65 abgewandten Ende eines Widerstandes 82 verbunden,

schaffen, bei der die bei offener Zündspule auftretenden Der Transistor 64 liegt mit seinem Emitter an Masse

hohen Spannungen mit Sicherheit der Ausgangsschalt- und mit seinem Kollektor am Verbindungspunkt D

einrichtung nicht schaden können. 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 Enutter ist über einen Widerstand 86 mit Masse verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand 88 mit der unter s 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 90 und 92 mit dem Kollektor des Ausgangsstufentransi- ι ο store 68 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 90 und 92 und dem Emitter des Treiberstufentransistors 66 und der Basis des Ausgangsstufen-Transistors 68, die miteinander verbunden sind, liegt eine Zenerdiode Z 94, wobei deren Anode mit dem Verbindungspunkt des von den Widerständen 90 und 92 gebildeten Spannungsteilers verbunden ist Der Emitter des Ausgangsstufen-Transistors 68 liegt an Masse; der Verbindungspunkt E seines Kollektors mit dem Widerstand 92 ist einerseits mit der Ausgangsklemme O der Reglereinheit 11 und andererseits über einen Kondensator 96 mit Masse verbunden.

Die Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangsstufen-Transistors liegt somit in Serie mit der Primärwicklung der Zündspule 21. Der der Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangs-Transistors 96 parallel liegende Kondensator nimmt die Verlust-Blindleistung der Zündspule 21 auf und vermindert dadurch die Erwärmung.

Die Arbeitsweise der Zündschaltung soll nun anhand der Fig.2 und 3 dargestellt werden, wobei die » Oszillogramme für die Schaltimpulse und für die Spannungswellenformen für die verschiedenen Punkte A -£der Reglereinheit 11 angegeben sind. Fig. 2 stellt die Wellenformen dar, die bei einer niederen Motor-Leerlaufdrehzahl von etwa 1000 U/min (oder 500 U/min des Verteilers) auftreten; die Zeiteinheit beträgt 2 msec. Die Fig.3 z^igt die Wellenform bei einer hohen Motordrehzahl von 6000 U/min (oder 3000 U/min des Verteilers), wobei die horizontale Zeitskala 0,5 msec Einheiten aufweist

Bei Fehlen eines Schaltimpulses an der elektronischen Keglereinheit 11 arbeiten die verschiedenen Stufen der Reglereinheit wie folgt: Der Transistor 60 leitet und der Thyristor 62 und der 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 Lastwiderstand 31 bestimmter Strom fließt

Die F i g. 2A und 3A zeigen die Wellenformen der am Punkt A induzierten Signalspannung. Durch das nicht so näher bezeichnete Diodennetzwerk an der Basis des Transistors 60 wird erreicht, daß der Transistor 60 abschaltet, wenn die in der Spule 44 induzierte Spannung ins Negative geht Beim Abschalten des Transistors 60 steigt die Spannung am Kollektor an und ss der Kondensator 77 beginnt sich gemäß Fig.2B aufzuladen, wobei der Ladestrom über den Widerstand 70 und die Basis des Transistors 64 geliefert wird. Dadurch wird der Transistors 64 in seinen leitenden Zustand versetzt, so daß seine Kollektorspannung ft) nahezu auf Null abfällt Damit kann der Widerstand 74 nicht mehr Strom an die Basis des Transistors 60 liefern. Daher wird der Transistor 60 völlig abgeschaltet und bleibt unabhängig vom Abtastverhalten bis zum nächsten Schaltzyklus im nicht leitenden Zustand, der einige Zeit später einsetzt. Die beschriebene Abschaltmaßnahme des Transistors 60 ist selbstregelnd, wodurch ein schnelles und positives Abschalten gewährieisiei und ein Einschalten des Schaltkreises auch bei kleinen Drehzahlen möglich ist, bei denen die Abtastspannung recht unregelmäßig sein kann. Das Einschalten dts Transistors 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 Zündspüle unterbrochen wird. Der magnetische Kraftfluß durch die Zündspule beginnt abzunehmen und induziert Spannungen in der Primär- und Sekundärwicklung, wobei die induzierte Sekundärspannung eine Größe erreicht, die für eine Zündung ausreicht Der mit dieser Entladung in Verbindung stehende Sekundärstrom fängt die Abnahme des Zündspulenfeldes auf und erzeugt einen Gleichgewichts wert, wobei die Primär- und Sekundärspannungen während der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der Zündspule auf einen niedrigen Wert abfallen. Zum Zeitpunkt ίο befindet sich ein Zahn des Rades 40 gerade gegenüber dem Kern der Abtastspule, so daß das Magnetfeld einen Maximalwert erreicht Dies entspricht dem vorstehend erwähnten Nulldurchgang der induzierten Spannung.

Zum Zeitpunkt t\, der in Abhängigkeit von den Parameterwerten der Komponenten 70,77,78,80 und 82 erreicht wird, hat sich der Kondensator auf einen Spannungspegel von etwa 8 V (vgl. F i g. 2B) aufgeladen, so daß die Anodenspannung des Thyristors 62 größer ist als die seiner Steuerelektrode durch den Spannungsteiler 78/80 aufgeprägte Spannung. Der Thyristor 62 zündet Damit kann sich der Kondensator 77 über die Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors 62, Masse 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 schaltet sofort ab und bleibt während der gesamten Entladeperiode des Kondensators 77 nicht leitend. Bei nicht leitendem Transistor 64 werden die Transistoren 66_und 68 leitend, so daß nach Ablauf der Stromsperrzeit </= /1 - fo erneut der Primärstrom durch die Zündspule fließt

Nach dem Zeitpunkt t\ ieitet der Thyristor 62 weiter, so daß auch die Entladung des Kondensators 77 anhält Wenn sich der nächste Zahn des Rades 40 der Abtastspule 44 nähert und die darin induzierte Spannung in positiver Richtung anzusteigen beginnt, wird der Transistor 60 etwa zum Zeitpunkt ti leitend. Bei durchgeschaltetem Transistor 60 fällt die Spannung an seinem Kollektor und damit an der Anode des Thyristors 62 gemäß F i g. 2B auf einen solch niedrigen Wert ab, daß der Thyristor abschaltet Bei nichtleitendem Thyristor 62 entlädt sich die noch verbliebene Ladung des Kondensators 77 über den durchgeschalteten Transistor 60, Masse, den Widerstand 82, wie dies durch den leichten Anstieg in negativer Richtung, etwa zum Zeitpunkt h an der Entladungswellenform gemäß F i g 2C zu erkennen ist

Zum Zeitpunkt h liegt der nächste Zahn des Rades 40 gerade gegenüber der Abtasispule und die in der Abtastspule induzierte Spannung läuft wiederum von Plus über Null nach Minus. Darauf beginnt wiederum Strom durch die Abtastspule zu fließen, der den Transistor 60 abschaltet, der die Stromflußzeit </= h-t\ in der Primärwicklung der Zündspule beendet

Die Wellenformen in F i g. 3 sind im wesentlichen denen von F i g. 2 ähnlich, abgesehen davon, daß bei einer hohen Motordrehzahl die Entladungszeit des Kondensators 77 kürzer ist als bei kleineren Drehzahlen und der daher zum Zeitpunkt ο eine Restladung

aufweist, wie dies durch den Vergleich der F i g. 2C und 3C festgestellt werden kann. Infolge der verbliebenen Ladung auf dem Kondensator 77 beginnt dieser, sich von einem höheren Spannungspegel aus aufzuladen, und folglich benötigt er bei hohen Drehzahlen eine geringere Zeit als bei niederen Drehzahlen, um sich auf den Spannungswert aufzuladen, bei dem der Thyristor 62 durchschaltet, wie dies in der F i g. 2Cgezeigt ist Aus diesem Grund wird die Stromspernieit «/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 90 und 92 und der Zenerdiode Z94 gebildet wird, bietet optimalen Schutz für den Ausgangisstufendtransistör 65 hinsichtlich der sehr hohen Spannung, die an seinem Kollektor auftreten kann, wenn der Sekundärkeis der Zündspule offen oder ungeladen ist. Unter dieser Bedingung erreicht die Spannung an dem Verbindungspunkt des von den Widerständen M und 92 gebildeten Spannungsteilers die Durchbruchspannung der Zenerdiode 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 daraufhin allmählich leitend und zieht Kollektorstrom, der die Kollektorspannung, die an der Ausgangsklemme O erscheint, auf einen sicheren Wert begrenzt, wie dies durch die gestrichelte Wellenform des Signals in der F i g. 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 durch, 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 Schulzschaltung, die einen Durchbruch der Zenerdiode bei Ansteigen der Versorgungsspannung bereits bei niedriger Kollektorspannung ermöglicht, dem Ausgangsstufentransistor 68 vorteilhafterweise erlaubt, einen größeren Energiebetrag, der bei erhöhter Versorgungsspannung in der Zündspule gespeichert ist aufzunehmen und sich somit vor einem

Durchbrach zu schützen.

Der genaue Betrag des Stromes, der zum Schalten des Schaltkreises 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-Emitterspannung des Transistors 66 abhängt Durch den Widerstand 84 ändert sich die Spannung am Kollektor des Transistors 64 mit der Versorgungsspannung. Wenn die Versorgungsspannung zunimmt so nimmt auch der Strom zu, der in die Basis des Transistors 60 fließt wodurch dieser stärker in die Sättigung getrieben wird. Um den Transistor 60 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Patentansprüche: Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst Durch die Zusammenschaltung des Spannungsteilers mit der

1. Zündschaltung für eine rein induktive Zündein- Zenerdiode wird erreicht, daß der Wert der Schaltspanrichtung bei Brennkraftmaschinen zur Bestimmung 5 nung der Ausgangsschalteinrichtung frei von relativ der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der starken Streuungen ist, und die Schutzschaltung für die Zündspule, die von einer Spannungsquelle her Ausgangsschalteinrichtung mit Sicherheit wirksam ist
erregbar ist, mit einer elektrischen Ausgangsschalt- Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaleinrichtung, die mit ihren beiden Ausgangsklemmen hingen der Erfindung.

in Reihe mit der Zündspule zwischen den Klemmen io Eine Ausführungsform der Erfindung soll anhand der

der Spannungsquelle anordbar ist und den Stromfluß Figuren näher beschrieben werden. Es zeigt

durch die Primärwicklung der Zündspule einschaltet F i g. 1 ein Schaltbild einer Zündschaltung und

oder sperrt, mit einer elektronischen Treiberschalt- F i g. 2 und 3 Wellenformen von Spannungen, die an

einrichtung, deren eine Ausgangsklemme mit der den verschiedenen, in dem Schaltbild gemäß Fig. 1

einen Klemme der Spannungsquelle und deren 15 gekennzeichneten Punkten auftreten,

andere Ausgangsklemme mit der anderen Klemme Die vorliegende Zündschaltung enthält eine Regler-

der Spannungsquelle und der Eingangsklemme der einheit 11 und einen magnetischen Abtaster 12 Die

Ausgangsschalteinrichtung gekoppelt sind, welche Brennkraftmaschine 13 besitzt einen Verteiler 14, eine

Eingangsklemme der elektronischen Treiberschal- Zündspule 21 mit Primärwicklung 22 und Sekundär-

tung mit einem von der Drehzahl der Brennkraftma- 20 wicklung 23 und eine Anzahl von Zündkerzen 24.

schine abhängigen elektrischen Signal von einem Der Pluspol der Zündspule 21 ist über einen

Signalgenerator her beaufschlagbar ist und mit einer Lastwiderstand 31 und einen Zündschalter 32 mit der

Zenerdiode zwischen der Eingangsklemme und positiven Klemme einer Batterie 34 verbunden, deren

einer der Ausgangsklemmen der Ausgangsschaltein- negative Klemme wie üblich geerdet ist Die negative

richtung, dadurch gekennzeichnet, daß 25 Klemme der Zündspule 21 ist mit der Ausgangsklemme

ein Spannungsteiler (90, 92) in einem Schaltkreis der elektronischen Reglereinheit 11 verbunden, deren

zwischen einer der Ausgangsklemmen der Treiber- Gehäuse geerdet ist Die Reglereinheit 11 enthält

schaltung (66) und einer der Ausgangsklemmen der weiterhin eine Versorgerklemme V, die mit dem

Ausgangsschaltcinrichtung (68) angeordnet ist und Zündschloßkontakt R des Zündschalters 32 verbunden

daß diejenige Klemme der Zenerdiode (Z94), die 30 ist Die Reglereinheit weist weiterhin zwei Eingangs-

nicht mit der Eingangsklemme der. Ausgangschalt- klemmen P1 und P2 auf, die mit den Enden einer Spule

einrichtung (60) verbunden ist, mit dem Verbin- 44 des Magnetabtasters 44 verbunden sind,

dungspunkt des Spannungsteilers (90,92) verbunden Der Magnetabtaster 12 weist ein mit Zähnen

ist versehenes und einen magnetischen Widerstand darstel-

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch 35 lendes Rad 40 auf, das mechanisch mit dem Zündverteigekennzeichnet daß das eine Ende des Spannungs- ler 14 gekoppelt ist und sich im Feld eines nicht teüers (90, 92) mit der Ausgangsklemme der dargestellten Permanentmagneten dreht
Ausgangsschalteinrichtung (58) verbunden ist, die Der Magnetabtaster 12 erzeugt bipolare Spannungsmiteiner Klemme der Zündspule (21) verbindbar ist signale, die zahlenmäßig der Anzahl von Zähnen auf

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch « dem Rad 40 entsprechen, die bei jeder Umdrehung der gekennzeichnet daß das andere Ende des Span- Verteilerwelle vor der Abtastspule vorbeilaufen, wenn nungsteilers (90, 92) mit der entsprechenden diese Wille mit der halben Drehzahl der Motordrehzahl Ausgangsklemme der Treiberschalteinrichtung (66) rotiert.

gekoppelt ist. Die Reglereinheit U enthält eine Eingangsstufe 60,

« eine Regelstufe 62 für variable Pulsbreiten, eine

Vortreiberstufe 64, eine Treiberstufe 66 und eine

Ausgangsstufe 68, die von Halbleiterelementen gebildet sind.