DE2700768C2

DE2700768C2 - Schwellenzündschaltung für ein elektronisches Zündsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2700768C2
Application number: DE2700768A
Authority: DE
Inventors: Zbynek Antonin Glen Ellyn Ill. Capurka; Ronald William Schaumburg Ill. Rumple
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1976-01-12
Filing date: 1977-01-10
Publication date: 1983-03-31
Also published as: FR2337960B1; SE410490B; AU504028B2; CA1071300A; US4051827A; IT1077955B; BR7700132A; FR2337960A1; JPS5287536A; GB1536510A; AU2109077A; MX143227A; DE2700768A1; ZA767410B; SE7614133L

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwellenzündschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 24 46 536 ist bereits eine Schwellenzündschaltung bekannt, mit deren Hilfe verhindert wird, daß gestörte oder vertauschte Ausgangsspannungen einer Magnetspule zu Fehlzündungen führen können, während die DE-OS 21 24 310 die Lehre vermittelt die von einer Magnetspule erzeugte Wechselspannung während des Betriebs der Brennkraftmaschine vertikal zu verschieben.

Es ist ferner bereits ein Zündsystem bekannt (siehe JP-GM 149 734/75), bei welchem mit Hilfe der Kontakte eines Relais ein Widerstand überbrückbar ist, wodurch die einem Transistor zugeführte Vorspannung selektiv erhöht oder erniedrigt werden kann. In diesem Zusammenhang wird dann auch vorgeschlagen, anstelle eines Relais ein Halbleiterelement in Form eines Transistors oder Thyristors oder eines äquivalenten Elementes vorzusehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine temperaturunempfindliche Schwellenzündschaltung zu schaffen, welche sowohl in einem Betriebszustand mit Nulldurchgang als auch in einem Betriebszustand ohne Nulldurchgang arbeiten kann, wobei die Anordnung

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derart getroffen ist, daß eine Festkörperbauweise unter Vermeidung von Relais sehr leicht durchführbar ist

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung -st somit eine Trenndiode vorgesehen, mit welcher ein von einem Widerstand abgeleitetes Vorspannunj/isignal in einem ersten Betriebszustand selektiv einem ersten Transistor zugeführt wird. Innerhalb eines mit Hilfe eines Schalttransistors hervorgerufenen zweiten Betriebt zustandes wird hingegen mit Hilfe dieser Trenndiode die Abgabe eines Vorspannungssignales verhindert, wobei gleichzeitig erreicht wird, daß der eine Schalttransistor einschließlich des Widerstandes die Vorspannung des anderen Transistors beeinflussen kann. Aufgrund der vorgesehenen Trenndiode ist es somit möglich, die erfindungsgema.ee Schwellenzündschaitung in Festkörperbauweise auszuführen, ohne daß dabei ungewünschte Femperaturabhängigkeiten auftreten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfind-ing ergeben sich anhand der Unteransprüche 2 bis 4.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Schwellenzündschaitung,

Fig.2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schwellenzündschaitung mit selektiv gesteuertem Schaltpegel oder Zündpegel und

F i g. 3a bis 3d graphische Darstellungen, welche die Wellenformen veranschaulichen, die durch die in der F i g. 2 veranschaulichte Zündschaltung erzeugt werden.

Die F i g. 1 veranschaulicht eine bekannte temperaturkompensierte und spannungskompensierte Schwellenzündschaitung. Zunächst wird die Arbeitsweise der bekannten Zündschaltung allgemein beschrieben, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Dann wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben, wie sie in der F i g. 2 dargestellt ist. Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung dienen die in der F i g. 3 dargestellten Wellenformen. In den F i g. 1 und 2 werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um entsprechende identische Bauteile zu bezeichnen.

In der Fig. 1 ist eine Schwellenzündschaitung 10 dargestellt, die einen NPN-Schwellenschalttransistor 11 aufweist, dessen Emitter geerdet ist. Ein Widerstand 12 ist in Reihe zwischen dem Kollektor des Transistors 11 und einer Klemme 14 für eine Energieversorgungsspannung B+ angeordnet. Der Kollektor des Transistors 11 ist direkt mit einer Ausgangsklemme 15 der Zündschaltung verbunden. Die Basis des Transistors 11 ist mit einer Signal-Empfangsklemme 17 über einen Widerstand 18 und über eine Diode 19 an Masse geführt, deren Anode direkt an Masse liegt. Zwischen der Masse und der Klemme 17 ist ein Kondensator 20 angeordnet. Eine Klemme 21 ist mit der Klemme 17 über einen Magnetgenerator 22 verbunden, der eine magnetische Aufnahmespule darstellt, welche ein Wechselstromsignal erzeugt, dessen Frequenz mit der Rotation in einer Beziehung steht, welche eine (nicht dargestellte) Maschine hervorruft, für welche die Schaltung 10 entsprechende Taktimpulse für den Zündfunken liefert. Ein NPN-Transistor 23 hat seinen Emitter an Masse gelegt, und seine Basis sowie sein Kollektor sind gemeinsam über einen Widerstand 24 an die Klemme 21 geführt. Die Basis des Transistors 23 ist über eine Diode 25 an Masse gelegt, deren Anode direkt an Masse liegt, und weiterhin über einen Widerstand 26 an die Klemme 14 für B+.

Grundsätzlich erzeugt die Magnetspule 22- ein Wechselstromsignal an der Klemme 17. Dieses Wechselstromsignal wird der Basis des Transistors 11 zugeführt und führt zu einem periodischen Einschalten und Ausschalten dieses Schalttransistors 11. Damit der Schalttransistor 11 eingeschaltet wird, muß eine in Vorwärtsrichtung angelegte Vorspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors vorhanden sein.

Der Widerstand 26 und der als Diode geschaltete Transistor 23 liefern eine Spannung, die hinsichtlich der Temperatur und in bezug auf Versorgungsspannungsschwankungen kompensiert ist und den Transistor 11 in der Weise vorspannt, daß dieser Transistor dann eingeschaltet wird, wenn durch den Generator 22 an der Klemme 17 ein positives Wechselstromsignal erzeugt wird. Somit führt ein Wechselstromsignal, welches die Spannung an der Basis des Transistors 11 über den Gleichspannungspegel anhebt, zum Einschalten des Transistors. Da der Ausgang des Magnetgenerators (Aufnahmespule) 22 auf dem an der Klemme 17 vorhandenen Gleichspannungspegel gehalten wird, führt eine positive Spannung, welche durch die Spule erzeugt wird und welche in bezug auf den Gleichspannungspegel positiv ist, zu einem Einschalten des Transistors 11. In ähnlicher Weise führt eine negative Wechselspannung, welche durch die Spule 22 erzeugt wird, zu einem Abschalten des Schalttransistors 11. Auf diese Weise ist eine Schaltungsanordnung gebildet worden, bei welcher Nulldurchgänge auftreten. Das Einschalten und das Ausschalten der Schwelleneinrichtung 11 führt dazu, daß an der Klemme 15 Taktimpulse erzeugt werden, und dieses Taktsignal wird dazu verwendet, die zeitliche Steuerung für den Zündfunken zu übernehmen, welcher die Zündkerzen der Maschine beaufschlagt, deren Drehbewegung die Wechselspannung in der Spule 22 erzeugt.

Die Schaltung 10 weist einen einzigen konstanten Schwellenpegel auf, der tatsächlich auf den Gleichspari-

nungs-Bezugspegel festgelegt ist, um den sich die Wechselspannung ändert, welche in der Spule 22 induziert wird. Dies führt zu einem symmetrischen Schaltvorgang des Transistors 11 in bezug auf die Wellenform, welche durch die Spule 22 erzeugt wird,

und es führt weiterhin dazu, daß an der Ausgangsklemme 15 genaue Taktimpulse erzeugt werden. Es kann davon gesprochen werden, daß die Schalteinrichtung 11 keine Hysteresis aufweist, was bedeutet, daß der Einschaltpegel und der Ausschaltpegel der Einrichtung

11 zusammenfallen. Gemäß den obigen Ausführungen hat die Zündschaltung 10 den Nachteil, daß sehr geringfügige positive Rauschsignale, welche in der Magnetspule 22 induziert werden, logische Impulse von der Schalteinrichtung 11 hervorrufen können, und ein solcher unerwünschter logischer Impuls kann zu einer unbeabsichtigten Zündung einer der Zündkerzen der Maschine führen.

Die F i g. 2 veranschaulicht die Erfindung, durch welche die Nachteile der Schaltung 10 gemäß F i g. 1 überwunden werden. Die Fig. 2 veranschaulicht ein verbessertes Schwellenzündsystem 30, welches alle Bauelemente 11 bis 26 aufweist, aus welchen die bekannte Zündschaltung 10 gebildet ist und die in identischer Weise bezeichnet und angeordnet sind.

Zusätzlich weist die Schwellenzündschaitung 30 eine in selektiver Weise aktivierte Vorspannungsschaltung für den Transistor 11 auf, welcher einen Widerstand 31 enthält, der zu einer Diode 32 in Reihe zwischen der mit

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B+ bezeichneten Klemme 14 und der Basis des Transistors 11 angeordnet ist, wobei die Kathode der Diode 32 direkt mit der Basis des Transistors verbunden ist. Weiterhin ist ein NPN-Transistor 33 vorhanden, dessen Emitter direkt an Masse gelegt ist, während sein > Kollektor mit der Anode der Diode 32 und seine Basis über einen Widerstand 34 mit der Mittelabgriffsklemme 35 eines Drehzündschalters 36 mit drei Positionen (gestrichelt dargestellt) verbunden sind, der eine Startklemme 37 aufweist, die auf dem Potential B+ in gehalten ist, der weiterhin eine zusätzliche Laufklemme 38 hat, die auf Massepotential liegt, und der weiterhin eine Ausschaltklemme 39 hat. Der Zündschalter 36 ist dazu in der Lage, die mittlere Klemme 35 in eine der Positionen der Klemmen 37 bis 39 zu bringen. ι ί

Bevor die Maschine gestartet wird, weicher die Taktimpulse für die Zündung zugeführt werden sollen, bringt der Zündschalter 36 die mittlere Klemme 35 mit der zusätzlichen Laufklemme 38 in Verbindung. In dieser Position ist der Transistor 33 abgeschaltet, und > <> der Widerstand 31 liefert einen Basis-Vorspannungsstrom für den Transistor 11 über die Diode 32. Dieser Basis-Vorspannungsstrom hebt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 11 an und schaltet daher nominell diesen Transistor ein, was dazu führt, daß eine größere negative Spannung erforderlich ist, welche von der Spule 22 erzeugt wird, um diesen Transistor abzuschalten. Wenn die Spule 22 keine Wechselspannung erzeugt, würde der Transistor U daher normalerweise in einen eingeschalteten Zustand vorgespannt. Wenn somit die Zündungsklemme 35 an Masse gelegt ist, so ist der Schwelienpegel des Transistors 11 nicht mehr mit dem Gleichspannungs-Bezugspegel der Magnetspule 22 identisch. Mit anderen Worten, es muß an der Klemme 17 eine bedeutende Wechselspannung vorhanden sein, um den Transistor 11 zu triggern. Auf diese Weise wird eine erhebliche Unempfindlichkeit gegen Rauschen hervorgerufen.

Um die Maschine anzulassen, wird der Zündschalter 36 derart positioniert, daß die Klemmen 35 und 37 miteinander verbunden sind. In dieser Position wird der Transistor 33 in die Sättigung getrieben, was dazu führt, daß die Anode der Diode 32 im wesentlichen auf Gleichspannungs-Massepotential gelegt wird. Dies führt dazu, daß die Diode 32 rückwärts vorgespannt wird und der Widerstand 31 daran gehindert wird, irgendeinen Vorspannungsstrom an den Transistor 11 zu liefern. Somit wird die Schaltungsanordnung, welche den Widerstand 31 und die Diode 32 aufweist und eine als Vorspannung dienende Gleichspannung liefert, durch die Sättigung des Transistors 33 wirksam abgeschaltet, unter diesen Voraussetzungen wini dem Transistor 11 keine zusätzliche Basisvorspannung durch diese Bauteile zugeführt, und der Transistor 11 wird ausschließlich durch die Kollektor-Emitter-Spannung des als Diode geschalteten Transistors 23 vorgespannt Diese Kollektor-Emitter-Spannung wird durch den Widerstand 36 derart eingestellt daß der Transistor 11 einen Schwellenpegel aufweist, durch welchen der Schalttransistor 11 auf die Nulldurchgänge anspricht ^b0 d. h. auf die Obergänge aus dem positiven in den negativen Bereich der Wechselspannung, welche um den Gleichspannungspegel herum erzeugt werden, der an der Klemme 17 vorhanden ist wobei diese Veränderungen durch die Magnetspule 22 hervorgeru- ·>■> fen werden. Wenn daher der Zündschalter in derjenigen Position ist daß die mittlere Klemme 35 mit der Startklemme 37 verbunden ist arbeitet die Zündschaltung 30 ähnlich wie die Zündschaltung 10.

Nachdem die Maschine gestartet wurde, wird der Zündschalter 36 wieder derart positioniert, daß die Klemmen 35 und 38 wiederum miteinander verbunden sind. Dadurch wird der Schwellenpegel wieder wirksam, welcher das Vorspannungsnetzwerk verändert, welches den Widerstand 31 und die Diode 32 aufweist. In dieser Position wird erneut der Schwellenpegel der Schalteinrichtung 11 derart geändert, daß eine Rauschunempfindlichkeit gegeben ist.

Die Fig.3a veranschaulicht eine typische Wechselspannung, welche in der Magnetspule 22 erzeugt wird, wenn die Maschine gerade gestartet wird. Diese Wellenform rührt insbesondere von der Konstruktion der Magnetspule her und wird auch durch die außerordentlich geringe Maschinengcschwindigkcit beeinflußt, welche in dieser Phase vorliegt. Die Wellenform weist gemäß der Darstellung eine Periode 71 auf.

Die Fig.3b veranschaulicht das digitale logische Ausgangssignal an der Klemme 15, welches in Reaktion auf die Erzeugung der in der F i g. 3a veranschaulichten Wellenform durch die Magnetspule 22 erzeugt wird, während sich der Zündschalter 36 in seiner Startstellung befindet. Diese Wellenform veranschaulicht, daß das digitale Logiksignal Schaltzustände hat, welche den Nulldurchgangspunkten der in der F i g. 3a veranschaulichten Wellenform entsprechen, und zwar in bezug auf den Gleichspannungs-Bezugspegel, der durch die Bezugszahl 40 bezeichnet ist. Die Verwendung eines nicht durch die Nulldurchgänge festgelegten Schwellenpegels für die Schalteinrichtung 11 würde zu einer großen Verzerrung der digitalen Logiksignale führen, welche in Reaktion auf die in der F i g. 3a veranschaulichte Weilenform erzeugt werden. Somit hat die Schaltung 30 exakte Steuersignale oder Taktsignale für den Zündfunken geliefert, und zwar während der kritischen Startphase der Maschine.

Die Wellenform in der F i g. 3c veranschaulicht die Ausgangswechselspannung der Magnetspule 22, nachdem die Maschine gestartet wurde und in Betrieb ist. Diese Wellenform weist bei ihren Nulldurchgangspunkten ein wesentlich größeres Änderungsmaß auf, und die Periode der Wechselstromschwingungen, welche mit Γ2 bezeichnet ist, ist viel geringer als die Periode T_x. Der Gleichspannungs-Bezugspegel des Wechselstromsignals ist mit 41 bezeichnet, und mit 42 ist ein geringerer Gleichspannungspegel bezeichnet, welcher durch den Widerstand 31 und die Diode 32 erzeugt wird, wenn sich der Zündschalter 36 in seiner Laufstellung befindet.

Die mit 3d bezeichnete Wellenform entspricht dem Zeitsteuer-Ausgangssignal an der Klemme 15, welches

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dargestellten Wellenform hervorgerufen wird, wenn der Zündschalter in seiner Laufstellung ist. Die Tatsache, daß der Schwellenpegel 42 und der Gleichspannungs-Bezugspegel 41 nicht zusammenfallen, hat nicht zu einer wesentlichen Veränderung des Zeitsteuersignals oder Taktsignals geführt welches durch die Zündschaltung 30 erzeugt wird, weil das Änderungsmaß des Signals gemäß F i g. 3c in seinen Nulldurchgangspunkten viel größer ist als das Änderungsmaß des in der Fig.3a dargestellten Signals. Somit wird wiederum ein exaktes Zeitsteuersignal oder Taktsignal durch die Zündschaltung 30 erzeugt es wird jedoch in diesem Fall eine zusätzliche Unempfindlichkeit gegen Rauschen dadurch hervorgerufen, daß der Logik-Schwellenpegel 42 und der Gleichspannungs-Bezugspegel 41 nicht zusammenfallen. Deshalb muß ein Rauschimpuls, welcher von der

Magnetspule 22 aufgenommen wird, eine Spannung induzieren, die in negativer Richtung den Gleichspannungspegel 42 überschreitet, um den Transistor 11 zu triggern. Somit ist eine erhebliche Rauschunempfindlichkeit für die Schaltung 30 gewährleistet, wenn der Schalter 36 sich in der Laufstellung befindet.

Während die obige Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltungen 10 und 30 anhand von Bezugsspannungspegeln aufgebaut ist, könnte auch eine entsprechende Beschreibung darauf aufgebaut sein, daß die Magnetspule 22 derart angeordnet ist, daß in der Basis des Transistors 11 über den Widerstand 18 Stromimpulse induziert werden. Somit bleibt das Ergebnis gleich, unabhängig davon, ob der Schwellenpegel als Spannungspegel oder als Strompegel aufgefaßt wird, da die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung dadurch nicht entscheidend beeinträchtigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schwellenzündschaltung für ein elektronisches Zündsystem einer Brennkraftmaschine, wobei eine Fühlereinrichtung vorhanden ist, um ein elektrisches Wechselstromsignal in bezug auf einen vorgegebenen elektrischen Gleichspannungs-Bezugspegel zu erzeugen, wobei das Wechselstromsignal durch die Rotation der Maschine erzeugt wird und eine Frequenz aufweist, welche mit der Drehzahl der ι ο Maschine in einer bestimmten Beziehung steht, wobei weiterhin eine Schalteinrichtung vorhanden ist welche einen vorgegebenen Gleichspannungs-Schwellenwert aufweist und welche mit der Fühlereinrichtung verbunden ist, um das Wechselstromsi-15 gna! zu empfangen, welches sich in bezug auf den Gleichspannungs-Bezugspegel ergibt, um ein entsprechendes Zündfunker-Zeitsteuersignal dadurch zu erzeugen, daß das empfangene Wechselstromsignal, welches sich in bezug auf den Gleichspannungs-Bezugspegei ändert, mit dem Gleichspannungs-Schwellenwert verglichen wird, wobei ein Schaltvorgang erfolgt, wenn das um den Gieichspannungs-Bezugspegel schwankende Wechselstromsignal aus einem Bereich oberhalb des Gleichspannungs-Schwellenwertes in einen Bereich unterhalb des Schwellenwertes und aus einem Bereich unterhalb des Schwellenwertes in einen Bereich oberhalb des Schwellenwertes übergeht, wobei eine Wähleinrichtung mit der Fühlereinrichtung und mit der Schalteinrichtung verbunden ist, um wenigstens eine erste und eine zweite Betriebsart zu wählen, und zwar für die Kombination der Fühlereinrichtung und der Schalteinrichtung, in Reaktion darauf, daß ein entsprechendes erstes und zweites Steuersignal von der Wähleinrichtung empfangen wird, wobei in der ersten Betriebsart der Gleichspannungs-Bezugspegel im wesentlichen gleich dem Gleichspannungs-Schwellenwert ist, während in der zweiten Betriebsart der Gleichspannungs-Bezugspegel sich erheblich von dem Gleichspannungs-Schwellenwert unterscheidet, wobei weiterhin eine Einrichtung vorhanden ist, welche mit der Wähleinrichtung verbunden ist, um das erste und das zweite Steuersignal zu erzeugen und sie der Wähleinrichtung zuzuführen, « wodurch das Zündfunken-Zeitsteuersignal in der Weise einstellbar ist, daß es Zündimpulse für die Maschine auslösen kann, wodurch die Rauschunempfindlichkeit der Zündschaltung in der zweiten Betriebsart bei Anstehen des zweiten Steuersignals angehoben ist und die Genauigkeit des Zündfunken-Zeitsteuersignals in der ersten Betriebsart bei Anstehen des ersten Steuersignals verbessert ist, und wobei die Schalteinrichtung einen ersten Transistor aufweist, dessen Basis-Emitter-Strecke den Gleichspannungs-Schwellenwert bildet, während die Fühlereinrichtung einen an den ersten Transistor führenden Vorspannungskreis sowie eine mit der Basis des ersten Transistors verbundene magnetische Aufnahmespule besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung (31 bis 34) einen zwischen der Betriebsspannungsquelle (14) und der Basis des ersten Transistors (11) angeordneten Widerstand (31) aufweist, welcher dem ersten Transistor (11) selektiv einen Basisstrom zuleitet und auf diese Weise den Gleichspannungs-Bezugspegel (41) verändert, daß die Wähleinrichtung (31 bis 34) zusätzlich einen Schalttransistor (33) aufweist, mit . welchem in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Steuersignal die Zufuhr von Basisstrom über den Widerstand (31) zum ersten Transistor (11) zu- bzw. abschaltbar ist, und daß die Wähleinrichtung (31 bis 34) schließlich eine zwischen der Basis des ersten Transistors (11) und dem Widerstand (31) angeordnete und in Richtung Basis des ersten Transistors leitende Diode (32) aufweist über welche die Vorspannung von dem Widerstand (31) dem ersten Transistor (11) zuführbar ist, wobei die Diode (32) verhindert daß der Schalttransistor (33) und der Widerstand (31) die dem ersten Transistor (11) zugeführte Vorspannung beeinflußt während der Schalttransistor (33) bei Anstehen des ersten Steuersignals den Widerstand (31) daran hindert daß derselbe einen Vorspannungsstrom an den ersten Transistor (11) abgibt.

2. Schwellenzündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Basis des Schalttransistors (33) die Steuersignale zuführbar sind, während der Kollektor mit dem Widerstand (31) und der Diode (32) verbunden ist

3. Schwellenzündschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (32) direkt zwischen dem Widerstand (31) und der Basis des ersten Transistors (11) angeordnet ist.

4. Schwellenzündschaltung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet daß der Vorspannungskreis (26, 23) einen zweiten Transistor (23) aufweist, dessen Basis an den Kollektor angeschlossen ist, während die Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors (11) parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des zweiten Transistors (23) angeordnet ist, und daß die magnetische Aufnahmespule (22) zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors (23) und der Basis des ersten Transistors (11) angeschlossen ist, wodurch der zweite Transistor (23) in wirksamer Weise den Gleichspannungs-Bezugspegel für den Gleichspannungs-Schwellenwert des ersten Transistors (11) temperaturkompensiert.