DE3041525A1 - IGNITION SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents
IGNITION SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINESInfo
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Description
»β ν»Β ν
η. 5632η. 5632
16.10.1980 Ve/Hm16.10.1980 Ve / Hm
ROBERT BOSCH GMBH3 TOOO STUTTGART 1ROBERT BOSCH GMBH 3 TOOO STUTTGART 1
Zündanlage für Brennkraftmaschinen Stand der TechnikState of the art ignition system for internal combustion engines
Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Zündanlage ist schon aus der DE-OS 2 9^8 6k5 bekannt, wo der primärseitige Strom der Zündspule erfaßt und in Abhängigkeit davon die Basisansteuerung des Endstufentransistors geregelt wird. Dies erfolgt durch Ableiten eines bestimmten Anteils des der Basis von einem nicht näher dargestellten Treibertransistor zugeführten Stroms nach Masse. Dies bedingt jedoch einen unerwünschten Verlustfaktor.The invention is based on an ignition system for internal combustion engines according to the preamble of the main claim. Such an ignition system is already known from DE-OS 2 9 ^ 8 6k5 , where the primary-side current of the ignition coil is detected and the base control of the output stage transistor is regulated as a function thereof. This is done by diverting a certain proportion of the current supplied to the base by a driver transistor (not shown in more detail) to ground. However, this causes an undesirable loss factor.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch direkte Regelung des Basisstroms des Endstufentransistors keine Ableitung eines Anteils mehr erforderlich ist, so daß der Basisstrom jeweils minimal eingestellt werden kann. Die Ansteuerleistung kann auch unabhängig von Einflußparametern (z.B. Temperatur, Spannungsversorgung usw.) minimal gehalten werden. Die Verlustleistung - auch eines Regel- bzw. Treibertransistors - reduziert sich auf ein Minimum.The ignition system according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that by direct regulation of the base current of the Output stage transistor no more derivation of a component is required, so that the base current is minimal in each case can be adjusted. The control power can also be independent of influencing parameters (e.g. temperature, Power supply, etc.) must be kept to a minimum. The power loss - also of a control or driver transistor - is reduced to a minimum.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist die Erfassung des Sättigungszustands des Endstufentransistors über den Zündspulenprimärstrom (durch Erfassung über eine Stromspiegelschaltung oder durch induktive Erfassung) oder durch Abgriff der Kollektorspannung bzw. der Differenz von Kollektorspannung und Basisspannung des Endstufentransistors. Bei der ersten Methode wird dabei der Zündspulenprimärstrom direkt erfaßt ohne daß eine Verlustleistung durch einen Strommeßwiderstand in Kaufgenommen werden muß. Der Erfassung des Zündspulenpri-The measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of the The ignition system specified in the main claim is possible. The detection of the saturation state is particularly advantageous of the output stage transistor via the ignition coil primary current (by detection via a current mirror circuit or by inductive detection) or by Pick-up of the collector voltage or the difference between the collector voltage and the base voltage of the output stage transistor. In the first method, the ignition coil primary current is recorded directly without any power loss must be accepted by a current measuring resistor. The detection of the ignition coil pri-
märstroms über eine Stromspiegelschaltung wird dabei auch selbstständige erfinderische Bedeutung zugemessen.märstrom over a current mirror circuit is thereby also assigned independent inventive importance.
Besonders vorteilhaft ist es auch, einen eventuellen Anstieg der Verlustleistung trotz Regelung wirksam durch eine Grenzwerterkennungsstufe zu verhindern, die in den Regelkreis eingreift und bei Überschreiten eines Grenzwerts den Endstufentransistor sperrt. Hierzu wirdIt is also particularly advantageous if a possible increase in the power loss is effective in spite of the regulation to prevent by a limit value detection stage that intervenes in the control loop and when a Limit value blocks the output stage transistor. This is done
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kostengünstig die bereits für den Regelkreis -vorhandene Vorrichtung sur Erfassung des Sättigungszustands verwendet. inexpensive those already available for the control loop Device used to detect the state of saturation.
Weiterhin ist es vorteilhaft, als zusätzliche Sicherheit auch für den Basisstrom des Endstufentransistors eine Grenzwerterkennungsstufe vorzusehen, deren Signal als Abschaltsignal ebenfalls in den Regelkreis eingreift.Furthermore, it is advantageous to also provide an additional security for the base current of the output stage transistor Provide limit value recognition stage, whose signal as The shutdown signal also intervenes in the control loop.
Um beim Einschalten des Regelkreises durch ein Zündstuersignal nicht in unerwünschter Weise eine sofortige Abschaltung aufgrund von Anlaufbedingungen zu erreichen, ist eine Einschaltverzögerungseinrichtung für die Grenzwert erkennungsstufe vorgesehen. Zur weiteren Reduzierung der Verlustleistung dient auch ein Regelkreis im Basisstromkreis des Endstufentransistors, der die Kollektor-Emitterspannung des Regeltransistors um einen geringen Betrag über seiner Sättigungsspannung einstellt.To when the control circuit is switched on by an ignition control signal not an undesirably immediate one A switch-on delay device for the limit value is used to achieve shutdown due to start-up conditions recognition level provided. A control loop in the base circuit is also used to further reduce the power loss of the output stage transistor, which is the collector-emitter voltage of the control transistor by a small amount above its saturation voltage.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels.An embodiment of the invention is shown in the drawing and in the following description in more detail explained. The single figure shows a circuit configuration of the embodiment.
Beschreibung des AusführungsbeispielesDescription of the embodiment
Über eine Klemme 10 ist ein Zündsteuersignal einer Geberanordnung bzw. eines Zündungsrechners einem Differenzierglied 11, einem NAND-Gatter 12 sowie einem vorzugsweise als monostabile Zeitstufe ausgebildeten Zeitglied 13 zugeführt. Der Ausgang des Differenzierglieds 11 ist mit dem Rücksetseingang R eines Flipflops 1k verbunden,An ignition control signal from a transmitter arrangement or an ignition computer is fed via a terminal 10 to a differentiating element 11, a NAND gate 12 and a timing element 13, which is preferably designed as a monostable time stage. The output of the differentiator 11 is connected to the reset input R of a flip-flop 1 k ,
dessen Ausgang an den invertierenden Eingang eines als Regelver'stärker geschalteten Operationsverstärkers 15 angeschlossen ist. Der Ausgang des NAND-Gatters 12 ist an den Setzeingang S des Flipflops 1k angeschlossen. Der Ausgang des Zeitglieds 13 ist über ein ODER-Gatter 16 mit einem weiteren Eingang des NAND-Gatters 12 verbunden. Der Ausgangs des Operationsverstärkers 15 ist mit der Basis eines Regel- bzw. Treibertransistors 17 verbunden, dessen Kollektor an den Ausgang eines Spannungsreglers 18 und dessen Emitter über einen Strommeßwiderstand 19 an die Basis eines Endstufentransistors 20 sowie eines Stromspiegeltransistors 21 angeschlossen ist. Die am Strommeßwider stand 19 abgegriffene Spannung ist einer ersten Grenzwerterkennungsstufe 29 zugeführt, deren Ausgang mit einem weiteren Eingang des NAND-Gatters 12 verbunden ist. Die Schaltstrecke des Endstufentransistors ist in bekannter Weise in den Primärstromkreis einer Zündspule 22 geschaltet, deren Sekundär Stromkreis wenigstens eine Zündkerze 23 enthält. Die Kollektorspannung des Endstufentransistors 20 ist über einen Widerstand 2k sowohl dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15s vie auch einer zweiten Grenzwerterkennungsstufe 25 zugeführt, deren Ausgang an einem weiteren Eingang des ODER-Gatters 16 angeschlossen ist. Der Stromspiegeltransistor 21 bildet zusammen mit dem Endstufentransistor 20 eine Stromspiegelschaltung, d.h., die Basen und die Emitter sind jeweils miteinander verbunden. Eine Versorgungsspannung ist über eine Klemme 26 und einen Strommeßwiderstand 27 dem Kollektor des Stromspiegeltransistors 21 zugeführt. Stromspiegelschaltungen sind z.B. aus der DE-OS 27 38 897 bekannt. Die am Strommeßwiderstand 27 abgegriffene Spannung ist einer dritten Grenzwerterkennungsstufe 28 zugeführt, deren Ausgang an einen weiteren Eingang des ODER-Gatters 16 angeschlossen ist.the output of which is connected to the inverting input of an operational amplifier 15 connected as a control amplifier. The output of the NAND gate 12 is connected to the set input S of the flip-flop 1 k . The output of the timing element 13 is connected to a further input of the NAND gate 12 via an OR gate 16. The output of the operational amplifier 15 is connected to the base of a control or driver transistor 17, the collector of which is connected to the output of a voltage regulator 18 and the emitter of which is connected via a current measuring resistor 19 to the base of an output stage transistor 20 and a current mirror transistor 21. The voltage tapped at the current measuring resistor 19 is fed to a first limit value recognition stage 29, the output of which is connected to a further input of the NAND gate 12. The switching path of the output stage transistor is connected in a known manner to the primary circuit of an ignition coil 22, the secondary circuit of which contains at least one spark plug 23. The collector voltage of the output transistor 20 is 15s vie supplied via a resistor 2k both the non-inverting input of the operational amplifier and a second threshold detection stage 25 whose output is connected to a further input of the OR gate sixteenth The current mirror transistor 21 together with the output stage transistor 20 forms a current mirror circuit, ie the bases and the emitters are each connected to one another. A supply voltage is fed to the collector of the current mirror transistor 21 via a terminal 26 and a current measuring resistor 27. Current mirror circuits are known from DE-OS 27 38 897, for example. The voltage tapped at the current measuring resistor 27 is fed to a third limit value recognition stage 28, the output of which is connected to a further input of the OR gate 16.
Durch die Anstiegsflanke eines Zündsteuersignals an der Klemme 10 wird über das Differenzierglied 11 ein Rücksetzsignal für das Flipflop 1^ erzeugt. Dadurch -wird ein niederes Ausgangspotential dem Operationsverstärker 15 zugeführt, worauf der Regeltransistor 17 stromleitend gesteuert wird und einen Basisstrom dem Endstufentransistor 20 zuführt, worauf dieser ebenfalls stromleitend wird und einen Zündspulenprimär strom zuläßt. Die Kollektorspannung des Transistors 20 ist über den Widerstand 2k dem Operationsverstärker 15 rückgeführt, wodurch die beschriebene Anordnung als Regelkreis arbeitet. Der Basisstrom für den Transistor 20 wird dabei so eingestellt, daß eine vorgegebene Soll-Kollektorspannung des Endstufentransistors 20 eingestellt wird. Die Einstellung erfolgt dabei so, daß der Endstufentransistor 20 etwas oberhalb seiner Sättigung arbeitet. Dies dient zur Erzielung einer möglichst geringen Verlustleistung, und erlaubt somit die Wahl eines gering dimensionierten Endstufentransistors, dem nur ein sehr geringer Basisstrom zugeführt werden muß. Die erfaßte Kollektorspannung wird dabei als Maß für den Sättigungszustand des Endstufentransistors 20 genommen. Eine bessere Erfassung dieses Sättigungszustands kann gemäß der DE-OS 29 ^8 6k5 durch Differenzbildung der Kollektorspannung mit der Basisspannung des Endstufentransistors 20 erfolgen. Vorteilhaft dafür ist auch die induktive Erfassung über die Stromspiegelschaltung 20, 21, 27. Wird die letzte Möglichkeit gewählt, so muß natürlich der Spannungsabgriff des Strommeßwiderstands 27 mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 verbunden werden; der Widerstand 2k ist dann nicht mehr mit diesem Eingang verbunden. Diese Methode zur Erfassung des Sättigungszustands des Endstufentransistors 20 erlaubt eine vollständige Integration der benötigten Schaltmittel 27, 20, 21.By the rising edge of an ignition control signal at the terminal 10, a reset signal for the flip-flop 1 ^ is generated via the differentiating element 11. As a result, a low output potential is supplied to the operational amplifier 15, whereupon the regulating transistor 17 is controlled to be conductive and a base current is supplied to the output stage transistor 20, whereupon it is also conductive and allows an ignition coil primary current. The collector voltage of the transistor 20 is fed back to the operational amplifier 15 via the resistor 2k, as a result of which the described arrangement operates as a control loop. The base current for the transistor 20 is set so that a predetermined nominal collector voltage of the output stage transistor 20 is set. The setting is made so that the output stage transistor 20 works slightly above its saturation. This is used to achieve the lowest possible power loss, and thus allows the selection of a small-sized output stage transistor to which only a very low base current has to be fed. The detected collector voltage is taken as a measure of the saturation state of the output stage transistor 20. According to DE-OS 29 ^ 8 6k5, this saturation state can be better detected by forming the difference between the collector voltage and the base voltage of the output stage transistor 20. The inductive detection via the current mirror circuit 20, 21, 27 is also advantageous for this. If the last option is selected, the voltage tap of the current measuring resistor 27 must of course be connected to the non-inverting input of the operational amplifier 15; the resistor 2k is then no longer connected to this input. This method for detecting the saturation state of the output stage transistor 20 allows the required switching means 27, 20, 21 to be fully integrated.
.9..9.
Es können nun Spannungsverhältnisse eintreten, die trotz der Regelung einen Anstieg der Kollektor spannung des Endstufentransistors 20 bewirken, so daß er weit oberhalb der Sättigungsgrenze "betrieben und die Verlustleistung zu stark ansteigen würde. Wenn dieser unerwünschte Grenzwert überschritten wird, so spricht die Grenzwerterkennungsstufe 25 an, wobei deren Ausgang auf ein O-Signal umschaltet. Dieses O-Signal bewirkt über das ODER-Gatter 16 und das NAND-Gatter 12 ein Setzen des Flipflops 1^. Der Ausgang des Flipflops 1U wechselt dabei zu einem so hohen Potential, daß der Regeltransistor 17 über den Operationsverstärker 15 gesperrt wird. Dies bewirkt gleichzeitig eine Sperrung des Endstufentransistors 20. Es wird dadurch praktisch eine Uotzündung zur Vermeidung hoher Verlustleistung bewirkt. Zur exakten Einstellung der beiden Sollwerte am Ausgang des Flipflops 1k (gesetzes bzw. rückgesetztes Flipflop) können natürlich noch in der Zeichnung nicht näher dargestellte Spannungsteiler vorgesehen werden.Voltage conditions can now occur which, despite the regulation, cause the collector voltage of the output stage transistor 20 to rise so that it would operate far above the saturation limit and the power dissipation would increase too much. If this undesired limit value is exceeded, the limit value recognition stage 25 responds The output of the flip-flop 1U changes to such a high potential that the regulating transistor is blocked 17 via the operational amplifier 15. This causes simultaneously blocking of the output stage transistor 20. It is therefore practically causes a Uotzündung to avoid high power dissipation. for precise adjustment of the two target values at the output of flip-flop 1 k (act or reset set flip-flop) can of course voltage divider not shown in detail in the drawing are provided.
Der Zündspulenprimärstrom kann - wie bereits ausgeführt auch durch die Stromspiegelschaltung 20, 21 erfaßt werden. Eine Stromspiegelschaltung basiert auf dem Prinzip, daß bei zusammengeschalteten Basen und Emittern zweier Transistoren deren Kollektorströme gleich groß sein müssen, vorausgesetzt, daß es sich um gleiche Transistoren handelt. Um nun den hohen Kollektorstrom des Transistors 20 im Stromspiegeltransistor 21 zu reduzieren, weist dieser eine wesentlich kleinere Kollektorfläche auf. Bei einem Verhältnis der Kollektorflächen von 10 zu 1 fließt somit durch diesen Transistor 21 nur 1/10 des Zündspulenprimärstroms. Dieser geringere Stromfluß erzeugt imThe ignition coil primary current can - as already stated can be detected by the current mirror circuit 20, 21. A current mirror circuit is based on the principle that with interconnected bases and emitters of two transistors whose collector currents must be the same, provided that the transistors are the same. To the high collector current of the transistor To reduce 20 in the current mirror transistor 21, this has a much smaller collector area. at With a ratio of the collector areas of 10 to 1, only 1/10 of the ignition coil primary current flows through this transistor 21. This lower current flow generates im
./to-./to-
Strommeßwiderstand 27 einen Spannungsabfall, der in der Grenzwerterkennungsstufe 28 ausgewertet wird, überschreitet dieser Stromfluß ein höchstzulässiges Maß, so erfolgt gemäß vorheriger Beschreibung eine Abschaltung des Endstufentransistors 20 durch Setzen des Flipflops 1k. Current measuring resistor 27 has a voltage drop which is evaluated in limit value recognition stage 28. If this current flow exceeds a maximum permissible level, output stage transistor 20 is switched off as described above by setting flip-flop 1 k.
Bei der weiteren, nicht näher dargestellten Methode zur Erfassung des Zündspulenprimärstroms ohne Strommeßwiderstand im Primärstromkreis durch induktiven Abgriff wird um die Verbindungsleitung zwischen dem Kollektor des Endstufentransistors 20 und der Zündspule 22 eine .Meßspule gelegt, die eine rechteckige Magnetisierungskurve besitzt. Durch einen durch diese Meßspule geleiteten Gleichstrom wird eine Verschiebung der Magnetisierungskurve vorgenommen. Beim Durchlaufen dieser Magnetisierungskurve entsteht dann ein Spannungssprung, der sich mittels einer weiteren Grenzwerterkennungsstufe auswerten läßt. Vorteilhaft läßt sich dieser Gleichstrom auch durch einen zusätzlichen Wechselstrom überlagern, um auch bei langsam ansteigendem Meßspulenstrom eine eindeutige Erkennung zu erhalten. Zur Verschiebung der Magnetisierungskurve kann natürlich auch ein Dauermagnet verwendet werden.In the further method, not shown in detail, for detecting the ignition coil primary current without a current measuring resistor in the primary circuit by inductive tapping is around the connection line between the collector of the output stage transistor 20 and the ignition coil 22 a .Meßspule placed, which has a rectangular magnetization curve owns. A direct current conducted through this measuring coil causes a displacement made of the magnetization curve. When running through this magnetization curve, a voltage jump occurs, which is reflected in a further limit value recognition stage can be evaluated. This direct current can also be advantageously used with an additional alternating current superimpose in order to obtain an unambiguous detection even with a slowly increasing measuring coil current. To postpone A permanent magnet can of course also be used in the magnetization curve.
Die verschiedenen Methoden zur direkten oder indirekten Erfassung des Zündspulenprimärstroms bzw. des Sättigungszustands des Endstufentransistors 20 können alternativ oder additiv verwendet werden. Ebenso können die jeweils erhaltenen Meßwerte alternativ als Istwert dem Regelkreis zugeführt werden.The different methods for direct or indirect detection of the ignition coil primary current or the saturation state of the output stage transistor 20 can be used alternatively or in addition. Likewise, each The measured values obtained can alternatively be fed to the control loop as actual values.
ο ο 3ο ο 3
Über den Strommeßwiderstand 19 wird der Basisstrom des Endstufentransistors 20 überwacht. Dies stellt eine weitere Sicherung für die Endstufe dar. Überschreitet dieser Basisstrom den Grenzwert der Grenzwerterkennungsstufe 29» so erfolgt gemäß vorheriger Beschreibung eine Abschaltung des Endstufentransistors 20 über das Flipflop 1k. Da nach Einschalten des Regelkreises durch Rücksetzen des Flipflops 1^ eine gewisse Einschaltzeit verstreicht, während der z.T. Undefinierte Verhältnisse in den Bauelementen vorliegen, ist das Zeitglied 13 als Einsehaltverzögerungseinrichtung vorgesehen. Dieses Zeitglied 13 wird mit der Anstiegsflanke des Zündsteuersignals getriggert und erzeugt während einer bestimmten Verzögerungszeit ein ausgangsseitiges 1-Signal. Dieses 1-Signal verhindert während dieser Verzögerungszeit Auswirkungen von Ausschalt O-Signalen an den Ausgängen der Grenzwerterkennungsstufen 25 und 28.The base current of the output stage transistor 20 is monitored via the current measuring resistor 19. This represents a further safeguard for the output stage. If this base current exceeds the limit value of the limit value recognition stage 29 », the output stage transistor 20 is switched off via the flip-flop 1 k, as described above. Since after switching on the control loop by resetting the flip-flop 1 ^ a certain switch-on time elapses during which partly undefined conditions exist in the components, the timing element 13 is provided as a switch-on delay device. This timing element 13 is triggered with the rising edge of the ignition control signal and generates a 1-signal on the output side during a certain delay time. This 1-signal prevents the effects of switch-off O-signals at the outputs of the limit value recognition stages 25 and 28 during this delay time.
Bei Überwachung mehrerer Grenzwerte können diese in bekannter Weise einem rechnergesteuerten Multiplexer zugeführt werden. Über ein Latch werden dann entsprechend die einzelnen Regel- und Abschaltfunktionen gesteuert. Die verschiedenen Schwellen bz-w. Grenzwerte sind in einem Speicher des Rechners enthalten. Entsprechend erfolgt .über einen Komparator die Steuerung des Latch.When monitoring several limit values, these can be fed to a computer-controlled multiplexer in a known manner will. The individual control and shutdown functions are then controlled accordingly via a latch. the different thresholds or w. Limit values are contained in a memory of the computer. Done accordingly .Control of the latch via a comparator.
Anstelle der Überwachung einer Endstufe einer Zündanlage können erfindungsgemäß natürlich auch andere Endstufen überwacht werden, z.B. Endstufen für die Steuerung von Einspritzventilen einer Kraftstoffeinspritzanlage.Instead of monitoring an output stage of an ignition system, other output stages can of course also be used according to the invention can be monitored, e.g. output stages for the control of injection valves of a fuel injection system.
Der Spannungsregler 18 setzt die Versorgungsspannung in eine Spannung um, durch die die Kollektor-Emitterspannung des Regeltransistors 17 auf einen Wert reduziert wird, der geringfügig über der Sättigungsspannung dieses Transistors liegt. Hierdurch erhält man eine gute Verstärkung dieses Transistors bei geringer Verlustleistung. The voltage regulator 18 sets the supply voltage in a voltage by which the collector-emitter voltage of the control transistor 17 is reduced to a value which is slightly above the saturation voltage of this Transistor lies. This results in a good amplification of this transistor with low power dissipation.
Claims (11)
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