DE2822507C2

DE2822507C2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2822507C2
Application number: DE2822507A
Authority: DE
Inventors: Noboru Katsuta Sugiura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1978-05-23
Publication date: 1983-06-01
Also published as: DE2822507A1; US4245610A; JPS53146040A; JPS5647393B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zündanlagen für Brennkraftmaschinen weisen gewöhnlich einen Stromregelkreis auf, der verhindert, daß ein über einem vorbestimmten Schwellenwert liegender Strom durch einen Leistungstransistor in Reihe zur Primärwicklung einer Zündspule fließt, also den Primärstrom der Zündspule regelt. In einem derartigen Regelkreis tritt eine kleine Schwingung in dem Zeitpunkt auf, in dem der Kollektorstrom des Leistufigstransistors begrenzt wird, was auf dem hohen Verstärkungsfaktor des Regelkreises und der Ansprechverzögerung des Leistungstransistors beruht. Diese kleine Schwingung bewirkt ihrerseits, daß der Basisstrom, die Kollekior-Emitter-Spannung und der Kollektorstrom des Leistungstransistors schwingen. Dadurch werden die Betriebsstabilität des Leistungstransistors herabgesetzt und der Kollektorverlust erhöht, so daß die erzeugte Wärme den Leistungstransistor zerstören kann. Daher sollten derartige Schwingungen bei der Begrenzung des Kollektorstroms verhindert werden,

ίο Um solche Schwingungen zu verhindern, wurde bisher der Verstärkungsfaktor des gesamten Stromregelkreises auf einen kleinen Wert begrenzt

Wenn ein Teil des Stromregelkreises als monolithisch integrierte Schaltung aufgebaut wird, haben jedoch die Stromverstärkungsfaktoren der darin enthaltenen Transisxoren verschiedene Werte im Bereich von 30 bis 200, wobei die Wahrscheinlichkeit sehr gering ist, eine monolithisch integrierte Schaltung mit Transistoren zu erhalten, die alle kleine Stromverstärkungsfaktoren aufweisen. Entsprechend ist die Ausbeute an monolithisch integrierten Schaltungen, mit denen die Verstärkungsfaktoren des gesamten Stromregelkreises klein gemacht werden können, begrenzt, was den Aufwand bei der Herstellung von Zündanlagen erhöht Wenn ein Teil des Stromregelkreises mit einer monolithisch integrierten Schaltung aufgebaut wird, wird entsprechend ein Kondensator zum Verhindern von Schwingungen verwendet Der Einsatz eines Kondensators erhöht aber seinerseits den Aufwand für die Zündanlage und vergrößert auch ihre Abmessungen.

Aus der US-PS 38 38 672 ist eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt, der eine Rückkopplungsschleife aus einem RC-GWed aufweist, die zwischen dem Kollektor des Ansteuertransistors und der Istspannungsquelle (Punkt 65 in Fig. 1) eingeschaltet ist und zur Korrektur einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an der Basis des Leistungstransistors dient Das Problem der Verhinderung von Schwingungen bei der Begrenzung des Kollektorstroms des Leistungstransistors ist in dieser Druckschrift nicht angesprochen. Zudem führt die Verwendung eines Kondensators in einer solchen Rückkopplungsschleife zu den oben erläuterten zusätzlichen Problemen.

4S Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen anzugeben, bei der ein Teil des Stromregelkreises in einer monolithischen integrierten Schaltung enthalten und die so konzipiert ist, daß bei begrenztem Strom durch den Leistungstransistor ohne erhöhten Aufwand und größere Abmessungen Schwingungen des Primärstroms verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Zündanlage für Brennkraftmaschinen umfaßt eine Zündspule mit einer Primärwicklung und einer an einem Ende mit einer Funkenstrecke verbundenen Sekundärwicklung, einen Signalgenerator, der ein zur Drehung der Brennkraftmaschine synchrones ZUndtaktsignal erzeugt, einen Leistungstransistor, der in Reihe mit der Primärwicklung der Zündspule liegt und den Primärstroni der Zündspule nach dem Zündtaktsignal des Signalgenerators steuert, einen Stromfühler, der eine dem Kollektorstrom des Leistungsgenerators proportionale Istspannung erfaßt, einen Referenzspannungsgenerator, der

eine Referenzspannung erzeggt, die ggf, eine aufaddierte Steuerspannung enthält, einen Vergleicher, der die vom Stromfühler erfaßte Istspannung mit der Referenzspannung vergleicht und ein der Differenz zwischen der Istspannung und der Referenzspannung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und einen Ansteuertransistor, der den Ansteuerstrom des Leistungstransistors so steuert, daß er den durch die Zündspule fließenden Primärstrom entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers begrenzt; sie ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die zur Vermeidung von Sch\ -Ingungen des Primärstromes während dessen Begrenzung die Referenzspannung während der Begrenzung des Primärstromes entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers erhöht

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbehpiels der erfindungsgemäßen Zündanlage,

F i g. 2 ein Zeitablauf-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der in Fig. 1 dargestellten Zündanlage,

Fig.3 ein Schaltbild einer Zündanlage nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ;ad

F i g. 4 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Zündanlage in Einzelheiten.

Die Zündanlage von F i g. 1 umfaßt einen Referenzspannungsgenerator 1, der eine vorgegebene Referenzspannung erzeugt, einen Vergleicher 2, eine Zündspule 9 mit einer Primärwicklung 91 und einer mit einer Funkensti ecke 20 verbundenen Sekundärwicklung 92, einen Leistungstransistor 4, der den durch die Primärwicklung 91 der Zündspule 9 fließenden Strom steuert, einen Ansteuertransistor 3, der den Ansteuerstrom für den Leistungstransistor 4 steuert, einen Stromfühler (Widerstand) 5, Widerstände 7 und 8 zum Teilen der Spannung am Widerstand 5, einen Signalgenerator 10, der ein zur Drehung der Brennkraftmaschine synchrones Zündtaktsignal erzeugt, einen Verstärker 15, der das Ausgangssignal des Signalgenerators 10 so formt und verstärkt, daß ein Zündtaktsignal an der Basis des Ansteuertransistors 3 liegt, und einen Widerstand R zwischen Erde (z. B. dem Punkt B) und dem Verbindungspunkt A des negativen Pols des Referenzgenerators 1 und des Emitters des Ansteuertransistors 3, der als Einrichtung wirkt, die während der Begrenzung des Primärstroms zur Verhinderung von Schwingungen des Primärstroms die Referenzspannung entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers 2 erhöht. Der Referenzspannungsgenerator 1 und die Zündspule 9 sind mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle V verbunden. Der Anuteuerstrom für den Leistungstransistor 4 wird von der Spannungsquelle Küber den Widerstand 6 eingespeist.

Der Signalgenerator 10 erzeugt ein zur Drehung der Brennkraftmaschine synchrones Signal, z. B. ein Signal, das der Winkelstellung der Kurbelwelle entspricht, wie dies in Fig. 2(A) dargestellt ist. Dieses Signal wird nach Formen und Verstärken durch den Verstärker 15 als Zündtaktsignal in den Ansteuertransistor 3 eingespeist, wie dies aus F i g. 2(B) hervorgeht. Wenn kein Zündtaktsignal in den Ansteuertransistor 3 eingespeist wird, ist dieser ausgeschaltet; entsprechend ist dann das Potential an seinem Kollektor hoch. Damit wird der Leistungstransistor 4 über den Widerstand 6 mit einer Basisvorspannung versorgt, so daß er eingeschaltet wird. Bei leitendem Leistungstransistor 4 fließt ein Strom durch die Primärwicklung 91 der Zündspule 9, die als Last des Leistungstfinsistors 4 geschaltet ist. Der Primärstrom der Zündspule 9, d. h, der Kollektarstrom /pdes Leistungstransistors 4, hat aufgrund der Induktivität und des Gleichstromwiderstands der Primärwicklung 91 der Zündspule 9 den in Fig,2(C) gezeigten Verlauf. Wenn das Zündtaktsignal am Ansteuertransistor 3 liegt, ist dieser eingeschaltet Entsprechend fällt das Potential an seinem Kollektor ab, so daß die Vorspannung an der Basis des Leistungstransistors 4 verschwindet, wodurch der Leistungstransistor 4 ausgeschaltet wird und den Primärstrom der Zündspule 9 unterbricht In diesem Augenblick wird in der Sekundärwicklung 92 der Zündspule 9 eine Hochspannung induziert, die an der Funkenstrecke 20 in der Brennkammer der Brennkraftmaschine einen elektrisehen Funken erzeugt

Der Stromregelkreis zur Begrenzung des durch den Leistungstransistor 4 fließenden Stroms wird durch den Stromfühler 5, die Widerstände 7 und 8, den Referenzspannungsgenerator 1, den Vergleicher 2 und den Ansteuertransistor 3 gebildet Der Kollektorstrom /_cdes Leistungstransistors 4 ruft eiprn Spannungsabfall am Stromfühler 5 zwischen Emitter und Erde hervor. Der Widerstand des Stromfühlers 5 wird durch die Reihenschaltung aus den Widerständen 7 und 8 nebengeschlossen, so daß eine dem Kollektorstrom entsprechende Spannung am Verbindungspunkt C der Widerstände 7 und 8 vorliegt, die am Vergleicher 2 anliegt

Die Referenzspannung zur Festlegung des oberen Grenzwerts des Kollektorstroms durch den Leistungstransistor 4 wird durch den Referenzspannungsgenerator 1 eingestellt und liegt am Vergleicher 2. Der Vergleicher 2 vergleicht die am Punkt C erfaßte Istspannung mit der am Punkt D erfaßten Referenzspannung und erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Amplitude der Differenz zwischen der erfaßten Istspannung und der Referenzspannung entspricht Wenn die erfaßte Istspannung ausreichend kleiner als die Referenzspannung ist gibt der Vergleicher 2 kein Ausgangssignal ab, während er ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Amplitude mit abnehmender Differenz zwbchen Istspannung und Referenzspannung zunimmt, wenn die Istspannung ausreichend hoch ist und sich der Referenzspannung nähert. Das Ausgangssignal wird in die Basis des Ansteuertransistors 3 gespeist um seinen Leistungszustand zu steuern. Mit zunehmendem Kollektorstrom ic des Leistungstransistors 4 nimmt die Istspannung am Punkt Czu. Während dieser Zeit ist der Ansteuertransistor 3 ausgeschaltet Mit steigender Istspannung gibt der Vergleicher 2 ein Ausgangssignal ab, um den Ansteuertransistor 3 einzuschalten. Folglich nimmt der zur Ansteuerung dienende Basisstrom Ib für den Leistungstransistor 4 plötzlich ab, so daß seine Kollektorspannung ansteigt, wodurch der Primärstrom,

d. h. der Kollektorstrom I₀, auf einen vorgegebenen Grenzwert begrenzt wird. Die Referenzspannung wird am Verbindungspunkt D der Spannungsteiler-Widerstände 13 und 14 erhalten, die in Reihe liegen und mit einer Zenerdiode 12 nebengeschlossen sind, an der die Spannung V der Spannungsquelle über einen Schutzwiderstand 11 anliegt.

Wenn «in Teil des Stromregelkreises einschließlich des Vergleichers 2 und des Ansteuertrantistors 3 sowie der Verstärker 15 als monolithisch integrierte Schaltung aufgebaut sind, ist es schwierig, Transistoren für den Vergleicher 2 und den Alisteuertransistor 3 mi; den jeweiligen gewünschten Werten des Stromverstärkungsfaktors aufzubauen. Daher kann der Verstär-

• kungsfaktor des Stromregelkreises zu groß werden. Ferner ist bei der Begrenzung des Primärstroms der Leistungstransistor 4 in Betrieb und hat daher einen großen Stromverstärkungsfaktor. Darüber hinaus weichen Stromverstärkungsfaktoren verschiedener Leistungstransistoren stark voneinander ab, so daß gelegentlich Leistungstransistoren mit großem Stromverstärkungsfaktor verwendet werden müssen. Wenn der Verstärkungsfaktor des Stromregelkreises bzw. der Stromverstärkungsfaktor des Leistungstransistors zu groß sind, entstehen während des Strombegrenzers im Stromregelkreis aufgrund des herabgesetzten Ansprechens im Ein- und Ausschalt-Betrieb des Leistungstransistors oder anderer Ursachen kleine Schwingungen. Damit schwingt die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE des Leistungstransistors, wie in F i g. 2(D) dargestellt, so daß der Kollektorstrom ebenfalls schwingt. Während dieser Zeit schwingt auch der Ansteuerstrom I_B entsprechend Fig.2(E). Die Zeitdauer der Schwingungen hängt wesentlich von der Ansprechverzögerung des Leistungstransistors ab. Es hat sich gezeigt, daß die Schwingung leicht auseinanderläuft, wenn die Zeit, während der die Strombegrenzung andauert, lang ist.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt zur Verhinderung von Schwingungen ein Widerstand R mit kleinem Widerstandswert von 0,5 bis 1,5 Ω zwischen Erde und dem Verbindungspunkt A des Emitters des Ansteuertransistors 3 mit dem negativen Pol des Referenzspannungsgenerators 1. In der Praxis liegt der Widerstand R vorzugsweise zwischen dem Verbindungspunkt A und dem Erdpunkt ödes Widerstandes 5. Durch den Widerstand /?wird die Referenzspannung aufgrund des durch den Ansteuertransistor 3 fließenden Stroms während der Strombegrenzung um einen Betrag erhöht, der gleich dem Spannungsabfall (einige zehn mV) am Widerstand R ist, wobei der Betrieb des Stromregelkreises bei diesem erhöhten Spannungswert stabilisiert wird. Wenn unter diesen Bedingungen Schwingungen auftreten, schwingt der Ansteuerstrom h für den Leistungstransistor; da jedoch die Zunahme des Basisstroms I_B eine Abnahme des duich die Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors fließenden Stroms bedingt, wird das Potential am Punkt A bezüglich Erde verringert, so daß die Referenzspannung herabgesetzt wird. Dies führt zu einer Erhöhung des Ausgangssignals der Vergleichers und damit zu einer Steigerung der Leitfähigkeit des Ansteuertransistors 3. Der durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors 3 fließende Strom wird also erhöht, so daß eine Zunahme des Basisstroms Ib verhindert wird. Wenn andererseits der Basisstrom Ib abnimmt, nimmt die Referenzspannung zu, wodurch das Ausgangssignat des Vergleichers 2 verringert wird. Folglich nimmt die Leitfähigkeit des Ansteuertransistors 3 ab, was eine Verringerung des Basisstroms Ib verhindert. Der Widerstand R dient hierbei zur Rückkopplung zur Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors 2. Der eigentliche Rückkopplungskreis besteht aus einer Schleife einschließlich des Referenzspannungsgenerators 1 und des Vergleichers 2. Indem Schwingungen des Basisstroms Ib des Leistungstransistors 4 verhindert werden, werden Schwingungen im Stromregelkreis vermieden, so daß die Kollektor-Emitter-Spannung und der Basisstrom des Leistungstransistors 4 stabilisiert sind, wie aus den F i g. 2(F) und 2(G) hervorgeht.

Fig.3 zeigt ein Schaltbild einer Zündanlage nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig.3 sind für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. I. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Widerstand R zwischen Erde und dem Verbindungspunkt des Widerstands 14 mit dem Emitter des Ansteuertransistors 3, und die Anode der Zenerdiode 12 ist direkt geerdet. Die Zenerdiode 12 ist gewöhnlich in der monolithisch integrierten Schaltung enthalten, was jedoch manchmal mit Schwierigkeiten verbunden ist. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise für diesen Fall vorgesehen. Die Funktionen für Zündung, Strombegrenzung und Schwingungsverhinderung sind bei diesem Ausführungsbeispiel völlig gleich wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1.

Da der Widerstandswert des Widerstands R mit ca. 0,5 vis 1,5 Ω sehr klein ist, kann der Widerstand R leicht durch entsprechende Wahl von Breite und Länge einer Leiterbahn erzeugt werden, wenn die Widerstände im Stromregelkreis in integrierter Dickfilmtechnik hergestellt werden. Dadurch ist eine zusätzliche Anordnung eines Widerstands als diskretes Bauelement nicht erforderlich, was den Aufwand für die Zündanlage verringert.

F i g. 4 zeigt ein konkretes Beispiel für die in F i g. 3 dargestellte Schaltung. Der Signalgenerator 10, der ein zur Drehung oder Drehzahl der Brennkraftmaschine synchrones Signal erzeugt, ist in der Praxis z. B. eine Fühlerspule im Zündverteiler. Der Vergleicher 2 besteht aus einem Transistor 21 und einem Tempera'urkompensationstransistor 22, wobei an Basis bzw. emitter des Transistors 21 die Referenzspannung bzw. die Istspannung anliegen. Wenn der Ansteuerstrom für den Leistungstransistor 4 und damit der Strom durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors 3 aufgrund von Schwingungen im Stromregelkreis schwingen, ändert sich der Pegel der am Verbindungspunkt D der Widerstände 13 und 14 erhaltenen Referenzspannung wegen der Änderung des Spannungsabfalls am Widerstand R, so daß der Basisstrom des Transistors 21 verändert wird. Damit ändert sich ^Jie Leitfähigkeit des Transistors 21, wodurch wiederum die Amplitude des über eine Diode 23 in die Basis des Ansteuertransistors 3 eingespeisten Signals geändert wird und Schwingungen unterdrückt werden, wie oben erläutert wurde. Die in Fig. 4 eingetragenen Widerstandswerte sind lediglich beispielhaft. Der in Fig.4 durch die gestrichelte Linie umschlossene Teil ist ferner als monolithisch integrierte Schaltung ausgeführt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

!,Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit
einer Zündspule mit einer Primärwicklung und einer an einem Ende mit einer Funkenstrecke verbundenen Sekundärwicklung,

einem Signalgenerator, der ein zur Drehung der Brennkraftmaschine synchrones Zündtaktsignal erzeugt,

einem Leistungstransistor, der in Reihe mit der Primärwicklung der Zündspule liegt und den Primärstrom der Zündspule nach dem Zündtaktsignal des Signalgenerators steuert,
einem Stromfühler, der eine dem Kollektorstrom des Leistungstransistors proportionale Istspannung erfaßt,

einem Referenzspannungsgenerator, der eine Referenzspannung erzeugt, die ggf. eine aufaddierte Steuerspannung enthält,

einem Vergleicher, der die vom Stromfühler erfaßte istspannung mit der Referenzspannung vergleicht und ein der Differenz zwischen der Istspannung und der Referenzspannung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und

einem Ansteuertransistor, der den Ansteuerstrom des Leistungstransistors so steuert, daß er den durch die Zündspule fließenden Primärstrom entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers begrenzt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung(R), die zur Vermeidung von Schwingungen des Primärstromes während dessen Begrenzung die Referenzspannung während der Begrenzung des Primärstromes entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers (2) erhöht.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Referenzspannung entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers (2) erhöht, eine Einrichtung (R) ist, die eine dem Ausgangssignal des Vergleichers (2) entsprechende Steuerspannung erzeugt, und eine Einrichtung (A) vorgesehen ist, die zur Erzeugung der Referenzspannung die Steuerspannung aufaddiert.
3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Referenzspannung entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers (2) erhöht, ein Widerstand (R)\st, der zwischen Erde und dem Verbindungspunkt (A) des Emitters des Ansteuertransistors (3) mit dem negativen Anschluß des Referenzspannungsgenerators (1) eingeschaltet ist.
4. Zündanlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Widerstand (R)\on 0,5 bis 1,5 Ω.